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- Institut für Physik (22)
- Institut für Pharmazie (16)
- Kliniken und Polikliniken für Innere Medizin (16)
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- Institut für Hygiene und Umweltmedizin (10)
- Institut für Biochemie (9)
- Institut für Diagnostische Radiologie (8)
- Klinik und Poliklinik für Frauenheilkunde u. Geburtshilfe (8)
- Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie (7)
- Klinik und Poliklinik für Chirurgie Abt. für Unfall- und Wiederherstellungschirurgie (7)
Publisher
- S. Karger AG (9)
- Frontiers Media S.A. (8)
- IOP Publishing (4)
- De Gruyter (3)
Tachyarrhythmie in vivo und in vitro verursacht eine massive Alteration des Transkriptoms des Vorhofs bzw. der Kardiomyozyten, welche durch Irbesartan teilweise reversibel sind. Mögliche Mechanismen der differentiellen Beeinflussung dieses Expressionsverhaltens sollten sowohl in einer vergleichenden Promotoranalyse als auch in in vivo und in vitro Experimenten untersucht werden. Die vergleichende Promotoranalyse Irbesartan-regulierter Genen bei simuliertem Vorhofflimmern in vivo im Schwein zeigte das signifikant häufigere Vorhandensein der Transkriptionsfaktorbindungsstelle V$HAND1E47_01 in Promotoren der durch Irbesartan supprimierten Gene. Mit steigendem Irbesartaneffekt nimmt die Häufigkeit dieser Bindungsstelle signifikant ab. In vitro konnte an murinen HL1-Kardiomyozyten unter rapid-pacing und bei gleichzeitiger Irbesartaninkubation eine Induktion der Hand1-Expression gezeigt werden, simuliertes Vorhofflimmern in vivo respektive rapid-pacing in vitro allein zeigen keinen signifikanten Effekt auf die Expression. Für die aus der Promotoranalyse abgeleiteten hypothetischen Hand1-Targetgene E2F8 und PPP2R5B wurde in vitro ein zu den in vivo Daten deutlich unterschiedliches Expressionsverhalten beobachtet. Aus den in vitro Daten lässt sich die Vermutung der gegenseitigen Beeinflussung dieser Faktoren und Verschränkung des Renin- Angiotensin-Netzwerks und Calciumsignalings ableiten. Es scheint unter rapid-pacing und gleichzeitiger Irbesartaninkubation in vitro ein proliferations- und regenerationsförderndes Milieu zu entstehen, welches die protektiven Eigenschaften der Angiotensin II-Antagonisten bei Vorhofflimmern erklären könnte. Hierbei könnte Hand1 auf transkriptionsregulierender Ebene eine Schlüsselrolle spielen. Überexpressionen von Hand1 lieferten keine eindeutigen und sicheren Ergebnisse.
A novel method for time-resolved tuned diode laser absorption spectroscopy has been developed. In this paper, we describe in detail developed electronic module that controls time-resolution of laser absorption spectroscopy system. The TTL signal triggering plasma pulse is used for generation of two signals: the first one triggers the fine tuning of laser wavelength and second one controls time-defined signal sampling from absorption detector. The described method and electronic system enable us to investigate temporal evolution of sputtered particles in technological low-temperature plasma systems. The pulsed DC planar magnetron sputtering system has been used to verify this method. The 2" in diameter titanium target was sputtered in pure argon atmosphere. The working pressure was held at 2 Pa. All the experiments were carried out for pulse ON time fixed at 100 (is. When changing OFF time the discharge has operated between High Power Impulse Magnetron Sputtering regime and pulsed DC magnetron regime. The effect of duty cycle variation results in decrease of titanium atom density during ON time while length of OFF time elongates. We believe that observed effect is connected with higher degree of ionization of sputtered particles. As previously reported by Bohlmark et al., the measured optical emission spectra in HiPIMS systems were dominated by emission from titanium ions [1].
Zusammenfassung Hintergrund: Es wurde die Wertigkeit der Duktoskopie bei sekretorischen Mammaerkrankungen hinsichtlich des Erkennens intraduktaler Auffälligkeiten im Vergleich zur Standarddiagnostik bestimmt und nach einer effektiven Kombination dieser Verfahren gesucht. Material und Methoden: 97 Frauen wurden vor gezielter Milchgangsexstirpation duktoskopiert. Histologische Ergebnisse wurden mit den Befunden aller diagnostischen Verfahren verglichen. Anschließend wurden Sensitivität, Spezifität und Effizienz für die Einzelverfahren berechnet. Für 12 Patientinnen, bei denen alle diagnostischen Methoden zum Einsatz kamen, wurden diese Parameter ebenfalls für alle möglichen Kombinationen der verschiedenen diagnostischen Methoden berechnet. Ergebnisse: Bei den Einzelverfahren erreichte die Mammasonografie die höchste Sensitivität (64,1%) und Effizienz (64,0%). Die höchste Spezifität wurde für die Mammografie mit 100% berechnet. Die Duktoskopie erreichte eine Sensitivität von 53,2%, eine Spezifität von 60,0% und eine Effizienz von 55,1%. Bei den Patientinnen, bei denen alle Untersuchungen durchgeführt wurden, erzielten mit 80,0% die Zweier-Kombinationen Duktoskopie + Mammasonografie und Duktoskopie + Galaktografie die höchste Sensitivität. Eine Spezifität von 100% wurde bereits mit der Mammografie, dem MRT und der Duktoskopie als Einzelverfahren erreicht. Die höchste Effizienz erreichte mit 75% die Duktoskopie als Einzelverfahren. Schlussfolgerung: Die Duktoskopie nimmt einen hohen Stellenwert in der Diagnostik intraduktaler Läsionen und sekretorischer Mammaerkrankungen ein. Bei den Patientinnen, die mit allen Methoden untersucht wurden, war die Duktoskopie die effizienteste Methode zur Erkennung intraduktaler Läsionen.
Das Krankheitsbild der pulmonalen Hypertonie (PH) wurde in den letzten beiden Jahrzehnten intensiv erforscht. Durch die wachsenden wissenschaftlichen Erkenntnisse, Behandlungsmöglichkeiten und Informationsverteilung gelingt es im klinischen Alltag zunehmend, dass Patienten mit einer unklaren Dyspnoe einer entsprechenden Diagnostik zugeführt werden. Aufgrund der Vielfältigkeit des Krankheitsbildes „Pulmonale Hypertonie“ führt der Verdacht zu einer komplexen Diagnostik. Diese sowie möglicherweise eine Therapie und notwendige Verlaufskontrollen verursachen im klinischen Alltag hohe Kosten. Zudem entstehen durch invasive diagnostische Maßnahmen auch Gefährdungen für den Patienten. Die Notwendigkeit für kostengünstige und risikoarme Untersuchungsoptionen steigt. Die Spiroergometrie nimmt hierbei als kardiopulmonale Belastungsuntersuchung seit vielen Jahren eine zentrale Rolle ein. Sie bietet als nicht-invasive Methode die Möglichkeit zur Objektivierung einer Leistungslimitierung. In dieser Arbeit wurden 340 Patienten untersucht, welche innerhalb von 30 Tagen einer Rechtsherzkatheteruntersuchung in Ruhe sowie einer Spiroergometrie unterzogen wurden. Das Ziel dieser Arbeit war es zu klären, ob man im klinischen Alltag mithilfe der Spiroergometrie Patienten mit präkapillärer PH, postkapillärer PH und ohne PH voneinander unterscheiden kann. Nach Eingruppierung der Patienten anhand der leitliniengerechten hämodynamischen Kriterien wurden diese mittels der Anamnese sowie der demographischen, spiroergometrischen und hämodynamischen Parameter weiter charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass Patienten mit postkapillärer PH älter sowie übergewichtiger sind und zudem an mehr kardiovaskulären Begleiterkrankungen leiden als Patienten mit präkapillärer PH. Patienten mit jedweder PH sind wesentlich schlechter belastbar als Patienten ohne PH. Sie weisen eine schlechtere Sauerstoffaufnahme und eine schlechtere Atemeffizienz auf. Zudem haben Patienten mit präkapillärer PH eine signifikant schlechtere Atemeffizienz als Patienten mit postkapillärer PH und ohne PH. Mittels ROC-Analyse konnten eine VO2AT von 11,8 ml/min/kg und eine VO2peak von 15,9 ml/min/kg als geeignete Cut-Off Werte ermittelt werden, um das Vorliegen einer PH wahrscheinlich zu machen. Es konnten keine klinisch validen Werte ermittelt werden, um Patienten mit prä- und postkapillärer PH mit ausreichender Sicherheit voneinander zu unterscheiden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Korrelation von hämodynamischen Ruheparametern und spiroergometrischen Parametern untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass hämodynamische und spiroergometrische Parameter in unserem Patientenkollektiv nur schlecht miteinander korrelieren. Rückschlüsse auf die zugrundeliegende Hämodynamik können somit allein anhand einer Spiroergometrie nicht gezogen werden. Durch die Anamnese, demographische Daten, laborchemische, bildgebende und lungenfunktionelle Diagnostik können zusätzlich zu einer Spiroergometrie wichtige Hinweise zur Genese einer pulmonalen Vaskulopathie gegeben werden. Die invasive Untersuchung zur sicheren Diagnosestellung bei der primären Abklärung einer PH bleibt unverzichtbar. Die Rechtsherzkatheteruntersuchung wird auch in der Zukunft weiterhin als Goldstandard in der Diagnostik einer PH zu werten sein.
Die Forschung an mikrowelleninduzierten Atmosphärendruckplasmen am INP führte zu verschiedenen potentiellen Applikationen. Dabei besitzt die mikrobiologische Dekontamination sowohl von thermolabilen Medizinprodukten als auch von Lebensmitteln schon zum jetzigen Zeitpunkt ein hohes industrielles Anwendungspotential. Den aufgeführten Anwendungen gemeinsam ist, dass für eine erfolgreiche Weiterentwicklung der Prozesse, sowie der Plasmaquelle, ein grundlegendes Verständnis der vorliegenden dynamischen Mikrowellenplasmawechselwirkung notwendig ist. Durch den begrenzten diagnostischen Zugang der zu untersuchenden Plasmaquelle wird ein kombinierter Ansatz aus diagnostischen Methoden und Modellierung gewählt. Die Entladung wird in Argon bei reduziertem Druck (ab 10 mbar) zur Vereinfachung des Modells betrieben. Daher musste die Plasmaquelle für diesen Einsatz weiterentwickelt werden. Dieses beinhaltet die Neuauslegung der Prozesswärmeabfuhr, auf Grund der nicht oder nur teilweisen Anwendbarkeit von etablierten Verfahren im Atmosphärendruck (hohe Gasflüsse, Wasserkühlung). Die Plasmamikrowellenwechselwirkung dieser Quelle ist anschließend mit Methoden zur Charakterisierung des Plasmas und des Mikrowellenfeldes für unterschiedliche Arbeitspunkte in Druck und Leistung untersucht worden. Zur Bestimmung der Elektronendichte des Plasmas wurde ein frequenzvariables Mikrowelleninterferometer auf Basis eines Vektornetzwerkanalysators erstmalig etabliert. Dieses neue Messsystem wurde im Vorfeld detailliert untersucht, um das korrekte Zusammenspiel aller Komponenten zu überprüfen. In diesem Zusammenhang wurde ein frequenzaufgelöstes Mikrowelleninterferometer zur Messung der Elektronendichte in einer Fluoreszenzlampe aufgebaut. Durch diesen neuartigen Ansatz konnte der Einfluss der dielektrischen Umhüllung (Glasrohr der Lampe) auf die Mikrowelleninterferometrie untersucht werden. In einer weiteren Untersuchung an einem Induktiv Gekoppelten Plasma wurden die Resultate dieses Messsystems mit denen von Langmuir-Sondenmessungen. Auf Grund der konstruktiven Gegebenheiten des Reaktors ist das Plasma nur über ein Fenster für das Mikrowelleninterferometer zugänglich. Der Vergleich der ermittelten Elektronendichten ergab einen Unterschied von Faktor zwei zwischen Interferometer und Langmuir-Sonde. Die Untersuchungen an der Fluoreszenzlampe und dem Induktiv Gekoppelten Plasma zeigten zum einen die korrekte Funktion des neu etablierten frequenzvariablen Mikrowelleninterferometers mit erreichbaren Phasenauflösungen unterhalb von 0,1 mrad. Zum anderen wurde festgestellt, dass die dielektrische Umhüllung des Plasmas zu einem systematischen Fehler von bis 53 % bei der Elektronendichtebestimmung führen kann. Diese gewonnenen Erkenntnisse hatten bei der Konzipierung des Mikrowelleninterferometers zur Untersuchung der Plasmamikrowellenwechselwirkung einen entscheidenden Einfluss. Neben der Untersuchung des Plasmas ist ebenfalls eine Diagnostik des Mikrowellenfeldes nötig, um die Plasmamikrowellenwechselwirkung dieser Entladung experimentell zu charakterisieren. Auf Grundlage dieser Daten können die Resultate des Modells bewertet werden, die einen Einblick in die Plasmaquelle und ihrer dynamischen Vorgänge erlaubt, was für die Weiterentwicklung der Applikationen essentiell ist. Aus diesem Grund ist ein heterodynes Reflektometer entwickelt worden. Dieses Messsystem wurde umfangreich getestet und kann mit einer maximalen Zeitauflösung von 100 ns den komplexen Reflektionsfaktor mit einer Phasengenauigkeit von 10 mrad bestimmen. Das Reflektometer erlaubt einen experimentellen Zugang zur aktiven Zone schon in der Frühphase der Entladung. Mit Hilfe der Diagnostiken zur Untersuchung des Plasmas und des Mikrowellenfeldes wurde die Entladung von der Zündung bis zur stationären Phase charakterisiert und mit den Ergebnissen des Modells verglichen. Es zeigte sich eine gute Übereinstimmung im Millisekundenzeitbereich, sowie eine starke Dynamik im Reflektionsfaktor in der ersten Millisekunde, hervorgerufen durch die Plasmamikrowellenwechselwirkung. Durch die hohe Zeitauflösung des Reflektometers konnten diese Vorgänge im Mikrosekundenzeitbereich erstmalig experimentell aufgelöst werden, was die Interpretation mittels des Modells möglich macht. Es konnten die Vorgänge während der Zündung des Plasmas detailliert untersucht werden und damit die Richtigkeit von Annahmen, die bei der Entwicklung der Zündtechnologie getroffen wurden, überprüft werden. Dieses erworbene grundlegende Verständnis ermöglicht eine Weiterentwicklung dieser Technologie. Mit Hilfe der erzielten Ergebnisse wurde eine neue Optimierungsstrategie für die Abstimmung der Mikrowellenplasmaquelle entwickelt. Dies führte zu einer wesentlichen Verbesserung der Reproduzierbarkeit der mikrobiologischen Ergebnisse. Darüber hinaus bilden die erzielten Ergebnisse eine solide Grundlage für weitere experimentelle und theoretische Untersuchungen dieser Entladung in beispielsweise anderen Arbeitsgasen.
Transcriptional repression of regulated structural genes in eukaryotes often depends on pleiotropic corepressor complexes. A well-known corepressor conserved from yeast to mammalian systems is Sin3. In addition to Sin3, yeast Cyc8/Tup1 corepressor complex also regulates a diverse set of genes. Both corepressors can be recruited to target genes via interaction with specific DNA-binding proteins, leading to down-regulation of a large number of unrelated structural genes by associated histone deacetylases (HDACs). In vitro interaction studies performed in this work by GST pull-down assays showed that various repressor proteins (such as Whi5, Stb1, Gal80, Rfx1, Ure2, Rdr1, Xbp1, Yhp1, Rox1, Yox1, Dal80 and Mot3) are indeed able to bind pleiotropic corepressors Sin3 and/or Cyc8/Tup1. All repressors interacting with Sin3 contact its paired amphipathic helix domains PAH1 and/or PAH2. Mapping experiments allowed the characterization of minimum repressor domains and to derive a sequence pattern which may be important for repressor interaction with Cyc8 or Sin3. Interactions for some pathway-specific repressors such as Cti6 and Fkh1 have been studied comprehensively; minimal domains of Cti6 and Fkh1 required for interaction with Sin3 have been mapped and subsequently investigated by mutational analysis. In vitro interaction studies could show that amino acids 350-506 of Cti6 bind PAH2 of Sin3. To analyze this Cti6-Sin3 interaction domain (CSID) in more detail, selected amino acids within CSID were replaced by alanine. It turned out that hydrophobic amino acids V467, L481 and L491 L492 L493 are important for Cti6-Sin3 binding. The results of this work also suggest that repression is not executed entirely via Sin3, but rather CSID is also important for contacting pleiotropic corepressor Cyc8. In addition to PAH2 of Sin3, CSID also binds to tetratricopeptide repeats (TPR) of Cyc8. Furthermore, in vitro mapping studies revealed that Fkh1 also binds PAH2 of corepressor Sin3 via its N-terminal domain (aa 51-125). Binding studies with mutagenized Fkh1-Sin3 interaction domain (FSID) showed that Fkh151-125 variants L74A and I78A were unable to bind PAH2 of Sin3. Confirming in vitro studies, Cti6350-506 and Fkh151-125 also displayed in vivo interaction with PAH2 of Sin3 by using the “yeast two -hybrid” system. Chromatin immunoprecipitation (ChIP) analyses have demonstrated Cti6 recruitment to promoters of genes such as RNR3 and SMF3 containing iron responsive elements (IRE). Importantly, Sin3 was also recruited to these promoters but only in the presence of functional Cti6. Similarly, recruitment of Fkh1 and Sin3 to promoters of cell-cycle regulated genes CLB2 and SWI5 was shown. Recruitment of Sin3 was completely Fkh1-dependent. Additional findings of this work shed light on the fact that not only repressor proteins may contact Sin3 but also activator proteins not yet considered for interaction, e. g. specific activators such as Pho4 and Ino2. These findings indicate that Sin3 may fulfill functions beyond acting as a corepressor. In vitro studies on Sin3-Pho4 interaction showed that aa 156-208 of Pho4 are able to bind both PAH1 and PAH2 of Sin3, while an internal region of Ino2 comprising amino acids 119-212 binds to both Sin3 and Cyc8.
Wachstumshormonmangel wurde viele Jahrzehnte nur bei Kindern therapiert. Diese litten unter anderem an einem reduzierten Längenwachstum. Die Optimierung der Körpergröße stellte demnach ein entscheidendes Therapieziel dar. Nach Einführung des gentechnisch synthetisierten Wachstumshormons 1995 wurde die Substitutionstherapie auch für Patienten zugänglich, die erst im Erwachsenenalters erkrankten. Die charakteristischen klinischen Symptome unterliegen, im Gegensatz zur Erstmanifestation im Kindesalter, einer hohen Varianz und erschweren die Diagnosestellung. Sie leiden zum Beispiel unter Frakturen infolge des gestörten Knochenstoffwechsels, sind oft übergewichtig und haben eine reduzierte Lebenserwartung durch das vermehrte Auftreten von Herzkreislauferkrankungen. Die vielleicht größte Einschränkung im Alltag eines Patienten mit adultem Wachstumshormonmangel ist jedoch die stark reduzierte Lebensqualität. Die zentrale Fragestellung dieser Studie lautet daher: hat das Patientenalter Einfluss auf den Therapieerfolg? In dieser Langzeitbeobachtungsstudie mit 734 Teilnehmern konnten wir belegen, dass junge und ältere GHD-Patienten von einer GH-Substitutionstherapie gleichermaßen hinsichtlich der Verbesserung der reduzierten Lebensqualität profitieren. Dies konnte zuvor lediglich in Metaanalysen oder randomisierten Kontrollstudien mit sehr begrenzter Patientenzahl gezeigt werden. Wir postulieren, dass eine GH-Therapie, besonders für die Verbesserung der krankheitsbedingten Reduktion in der Lebensqualität, keiner Alterslimitation unterliegt und demnach eine Beschränkung auf junge und Patienten mittleren Alters nicht gerechtfertigt ist. Ziel einer medizinischen Therapie sollte nicht nur die Verlängerung eines Lebens, sondern, besonders vor dem Hintergrund der demographischen Entwicklung, auch die Qualität des Alterns sein. Der Langzeiteffekt der GH-Substitution auf kardiometabolische Parameter älterer Patienten bedarf weiterführender randomisierter Therapiestudien und könnte neue Wege der individualisierten medikamentösen Therapie eröffnen.
Somatoforme Störungen, Depression, Angststörungen und Alexithymie stellen eine hohe Belastung bei herzkranken Patienten dar. Aktuelle Studien weisen auf die Relevanz des frühzeitigen Erkennens dieser Komorbiditäten hin. In der vorliegenden Studie wurden 105 Patienten der Klinik für Kardiologie der Universitätsmedizin Greifswald im Zeitraum von April bis Oktober 2010 unter Verwendung des „Goldstandards“ DIA-X, welches aus einem „Zwei-Phasen-Design“ besteht, untersucht. Bei positivem Screening (SSQ/ASQ) erfolgte ein computerassistiertes standardisiertes diagnostisches Interview auf somatoforme Störungen bzw. Depression. Die Angststörungen wurden aufgrund der Zumutbarkeit lediglich als Screening erfasst. Mittels TAS-20 wurde auf das Vorliegen einer alexithymen Persönlichkeit untersucht. Laut aktueller Forschung begünstigen die einzelnen Störungen bzw. Merkmale und die kardiale Erkrankung ihr gegenseitiges Auftreten als Vulnerabilitätsfaktoren. Ein kausaler Zusammenhang ist nicht bekannt. Als Teil eines größeren Projektes fand die Untersuchung zeitgleich in der dermatologischen und neurologischen Klinik der Universitätsmedizin Greifswald statt. Bei spärlicher Literatur bezüglich des subjektiven Unterstützungswunsches wurde dieser mittels Fragebogen erhoben und indirekt zur Ermittlung eines Zusammenhangs zwischen dem subjektiven und objektiven Gesundheitszustande genutzt, welcher laut Literaturangaben nicht besteht. Eine komorbiden psychische Störung verlängere Studien zufolge die stationäre Aufenthaltsdauer. Unter diesen Annahmen lag eine hohe Prävalenz psychischer Störungen in der Kardiologie vor (somatoformen Störungen 44%; Depression 33%; Angststörungen 44%). Eine Alexithymie wurde bei 7% der Patienten erfasst. Im Vergleich der drei Kliniken konnte ein signifikanter Unterschied bezüglich des Vorliegens einer somatoformen Störung (p<.0001**) und einer affektiven Störung (p=.002*) ermittelt werden. Ein signifikanter Zusammenhang mit dem Grad der psychischen Störung und dem Vorliegen (p=.013*) einer Alexithymie konnte gezeigt werden. Der subjektive Unterstützungsbedarf wurde von 38% der Patienten angegeben. Es lag kein höherer Unterstützungswunsch bei Patienten mit komorbider psychischer Erkrankung bzw. Multimorbidität vor. Es besteht keine Assoziation zwischen dem objektiven und subjektiven Gesundheitszustand. Bezüglich der Dauer des stationären Aufenthaltes, wiesen Patienten mit komorbider psychischer Störung einen um zwei Tage verlängerten Krankenhausaufenthalt auf (p=.031*).
Bedingt durch den demografischen Wandel ist zukünftig mit einer Zunahme von primären Hüftendoprothesenimplantationen zu rechnen. Eine Hauptursache für einen Revisionseingriff stellt dabei die aseptische Lockerung dar, wobei davon auszugehen ist, dass insbesondere septische Verläufe besonders kostenintensiv sind. Ziel dieser Arbeit war die Berechnung und der Vergleich der (täglichen) Deckungsbeiträge für aseptische und zweizeitige septische Hüftendoprothesen-Revisionen aus Sicht der Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Chirurgische Orthopädie der Universitätsmedizin Greifswald. Hierfür sollten variable und fallfixe Kostenanteile in Anlehnung an die InEK-Kostenmatrix analysiert sowie wesentliche Kostenfaktoren im Behandlungsprozess, insbe-sondere unter Berücksichtigung des septischen Ex- und Implantationsfalles, identifiziert werden. Des Weiteren sollten diese mit den fallassoziierten DRG-Erlösen verglichen werden. Final sollte die Frage beantwortet werden, ob durch die Behandlung von aseptischen und septischen Hüft-TEP-Revisionen durch die Klinik und Poliklinik für Orthopädie und Chirurgische Orthopädie ein Beitrag zur Deckung der krankenhausweiten Fixkosten (z.B. Gebäudeinstandhaltungs- und Verwaltungskosten) geleistet werden kann. Für den Zeitraum 01.01.2009 bis 31.03.2012 wurden 114 aseptische und 30 septische Fälle retrospektiv identifiziert, welche die Einschlusskriterien erfüllten. Die Kosten für die aseptischen (septischen) Fälle lagen bei 4.132,00 € (10.828,10 €). Diesen standen Erlöse in Höhe von 8.570,00 € (20.310,90 €) für die aseptische (septische) Versorgung gegenüber. Es zeigte sich, dass sowohl die aseptische (314,50 €) als auch die septische Versorgung (252,40 €) zu positiven täglichen Deckungsbeiträgen aus Fachabteilungssicht führen und somit ein Beitrag zur Deckung der Krankenhausfixkosten geleistet wird. Den größten Anteil an den Gesamtkosten hatten das Implantat (35,9 %) sowie das Personal (33,6 %). Aus den vorliegenden Analysen lassen sich keinerlei Rückschlüsse auf die Rentabilität der Verfahren aus Krankenhaussicht ziehen, da keine Krankenhausfixkosten einbezogen wurden. Diese lassen sich nur langfristig steuern, liegen nicht im Einflussbereich der ausführenden Fachabteilung und sind somit nicht entscheidungsrelevant. Lediglich mittels der vewendeten und in anderen Branchen etablierten Deckungsbeitragsrechnung lassen sich Rückschlüsse auf die ökonomische Situation der behandelnden Fachabteilung ziehen. Durch die positiven Ergebnisse der betrachteten Prozedere lassen sich andere, nicht kostendeckende Behandlungen ausgleichen.
Ziel dieser Arbeit war es, die periprothetische Knochendichteänderung von hydroxylapatitbeschichteten Hüftschaftendoprothesen gegenüber unbeschichteten zementfreien Hüftschaftimplantaten zu objektivieren. Hierzu erfolgte die Auswahl von 104 Patienten, die in den Jahren 2007 bis 2009 hüftendoprothetisch versorgt wurden und daneben prä- und postoperativ an der „DEXA-Studie“ der Klinik und Poliklinik für Orthopädie und orthopädische Chirurgie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald teilgenommen haben. Durch die vorliegende Studie wurde versucht, die kurzfristigen Knochendichteveränderungen nach Implantation der Hüfttotalendoprothesenschäfte vom Typ SL-Plus-Standard® und SL-Plus-Integration® der Firma Smith & Nephew GmbH aufzuzeigen. Da es sich bei den genannten Schäften um Prothesen gleichen Designs handelt, sollte der Einfluss der Hydroxylapatitbeschichtung auf die periprothetische Knochendichte gezeigt werden. Im Verlauf eines Jahres nach Implantation der SL-Plus®-Schäfte, wurden die ermittelten Knochendichten verglichen. Die Knochendichte wurde in sieben ROI’s nach Gruen et al. analysiert. Bei der direkten Gegenüberstellung der Absolutwerte der Knochendichte sowie des prozentualen Knochendichteverlustes beider Implantatgruppen konnte gezeigt werden, dass die Beschichtung mit HA auf der Prothese vom Typ SL-Plus-Integration® gegenüber der unbeschichteten Prothese von Typ SL-Plus-Standard® generell keine Vorteil im Verlauf des ersten postoperativen Jahres bringt. Zudem zeigte sich bei beiden Implantatgruppen ein kontinuierlicher Abfall der Knochendichte innerhalb der ersten sechs Monate postoperativ. Dieser Abfall konnte noch bis zwölf Monate postoperativ gezeigt werden, war jedoch weniger stark ausgeprägt als noch bei sechs Monaten. Aufgrund des Patientenkollektives und der sich daraus ergebenden Datensätze war es möglich, definierte Untergruppen zu bilden, um den Einfluss der HA-Beschichtung auf verschiedene Parameter zu untersuchen. Die Einteilung der Gruppen erfolgte nach Geschlecht, Alter, Gewicht und präoperativer Knochendichte. Anhand dieses Untergruppenvergleichs konnte gezeigt werden, dass in den Patientengruppen „normalgewichtig (BMI < 30 kg/m²)“, „Frauen“, „Alter < 70“ und „BMD normal“ die SL-Gruppe in ROI 1 eine signifikant höhere absolute Knochendichte aufweist als die Ti/HA-Gruppe. Bei den „Gegengruppen“ („adipös (BMI > 30 kg/m²)“, „Männer“ und „Alter > 70“) konnte kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Implantatgruppen gezeigt werden. Bei Patienten mit einer präoperativ verminderten Knochendichte zeigte die HA-Beschichtung hingegen eine signifikante Erhöhung der absoluten Knochendichte. Darüber hinaus bewirkt die HA-Beschichtung auf der Prothese vom Typ SL-Plus-Integration® einen signifikant, geringeren prozentualen Verlust der Knochendichte bei männlichen Patienten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hydroxylapatitbeschichtung im proximalen Bereich der Prothese vom Typ SL-Plus-Integration® im Vergleich mit der Prothese gleichen Designs vom Typ SL-Plus-Standard® generell keinen Vorteil im Verlauf des ersten postoperativen Jahres bringt. Jedoch scheinen einzelne Untergruppen von einer Hydroxylapatitbeschichtung zu profitieren. Es bedarf weiterführender Untersuchungen und Langzeitstudien, um diese Beobachtungen zu überprüfen.
Modern cavity QED and cavity optomechanical systems realize the interaction of light with mesoscopic devices, which exhibit discrete (atom-like) energy spectra or perform micromechanical motion. In this thesis we have studied the crossover from the quantum regime to the classical limit of two prototypical models, the Dicke model and the generic optomechanical model. The physical problems considered in this approach range from a ground state phase transition, its dynamical response to general nonequilibrium dynamics including Hamiltonian and driven dissipative chaotic motion. The classical limit of these models follows from the classical limit of at least one of its subsystems. The classical equations of motion result from the respective quantum equations through the application of the semiclassical approximation, i.e., the neglect of quantum correlations. The approach of the results from quantum mechanics to the prediction of the classical equations can be obtained by subsequently decreasing the respective scaling parameter. In order to obtain exact results we have utilized advanced numerical methods, e.g., the Lanczos diagonalization method for ground state calculations, the Kernel Polynomial Method for dynamical response functions, Chebyshev recursion for time propagation, and quantum state diffusion for open system dynamics. We have studied the quantum phase transition of the Dicke model in the classical oscillator limit. Our work shows that in this limit the transition occurs already for finite spin length but with the same critical behavior as in the classical spin limit. We have derived an effective model for the oscillator degrees of freedom and have discussed the differences of both classical limits with respect to quantum fluctuations around the mean-field ground state and spin-oscillator entanglement. In this thesis we have proposed a variational ansatz for the Dicke model which extends the mean-field description through the inclusion of spin-oscillator correlations. The ansatz becomes correct in the limit of large oscillator frequency and in the limit of a large spin. For the latter it captures the leading quantum corrections to the classical limit exactly including the spin-oscillator entanglement entropy. We have studied the dynamics of spin and oscillator coherent states in the nonresonant Dicke model at weak coupling. In this regime periodic collapses and revivals of Rabi oscillations occur, which are accompanied by the buildup and decay of atom-field entanglement. The spin-oscillator wave function evolves into a superposition of multiple field coherent states that are correlated with the spin configuration. In our work we provide a description of the underlying dynamical mechanism based on perturbation theory. Our analysis shows that collapse and revival at nonresonance is distinguished from the resonant case treated within the rotating wave approximation by the appearance of two time scales instead of one. We have extended our study of the Dicke dynamics to the case of increasing spin length, as the system approaches the classical spin limit. We described the emergence of collective excitations above the ground state that converge to the coupled spin-oscillator oscillations observed in the classical limit. With increased spin length the corresponding Green functions thus reveal quantum dynamical signatures of the quantum phase transition. For the dynamics at larger coupling and energy, classical phase space drift and quantum diffusion hinders the direct comparison of quantum and classical observables. As we show in our work, signatures of classical quasiperiodic orbits can be identified in the Husimi phase-space functions of the propagated wave function and individual eigenstates with energies close to that of the quasiperiodic orbits. The analysis of the generic optomechanical system complements our study of cavity QED systems by a quantum dissipative system. In this thesis we have shown for the first time, how the route to chaos in the classical optomechanical system takes place, given as a sequence of consecutive period doubling bifurcations of self-induced cantilever oscillations. In addition to the semiclassical dynamics we have analyzed the possibility of chaotic motion in the quantum regime. Our results showed that quantum mechanics protects the optomechanical system against irregular dynamics. In sufficient distance to the semiclassical limit simple periodic orbits reappear and replace the classically chaotic motion. In this way direct observation of the dynamical properties of an optomechanical system makes it possible to pin down the crossover from quantum to classical mechanics.
Ziel: Im speziellen Fall der Prävention gegen das Zervixkarzinom erfolgt bereits seit 1980 der Pap-Test im Rahmen der gynäkologischen Vorsorgeuntersuchung. Als weitere Option ist seit 2006 eine Impfung gegen HP-Viren, die maßgeblich für die Erkrankung am Zervixkarzinom verantwortlich sind, hinzugekommen. Der Bekanntheitsgrad der Impfung sowie die positive Impfakzeptanz der Zielgruppe sind maßgebliche Kriterien im Entscheidungsprozess für die Durchführung der Impfung. Das Ziel dieser Studie war die Erhebung der Impfbereitschaft junger Frauen und die Bestimmung der Faktoren, die die Impfbereitschaft beeinflussen. Methoden: Die vorliegenden Ergebnisse waren Teil einer 2008 im Querschnittsdesign durchgeführten Studie, die in Kooperation zwischen dem Institut für Politik- und Kommunikationswissenschaften und der Community Medicine der Universität Greifswald entstand. Es wurde die Impfbereitschaft zur HPV-Impfung und der Wissensstand über Gebärmutterhalskrebs, Humane Papillomaviren sowie über die Impfung gegen HPV erhoben. Dafür wurden 60 Frauen im Alter von 14 bis 26 Jahren in Mecklenburg-Vorpommern telefonisch befragt. Mit Hilfe der Erstellung von Kreuztabellen wurden Zusammenhänge zwischen den Faktoren, Alter, Schulabschluss, Wissensstand, Sexualverhalten sowie Gesundheitsverhalten und der Impfbereitschaft untersucht. Ergebnisse: Mehr als die Hälfte der Frauen, 65% (N=39) waren positiv der Impfung gegenüber gestellt: die Frauen, die bereits geimpft waren (23%) und diejenigen, die sich planten impfen zu lassen. Im Vergleich der impfbereiten zu den nicht impfbereiten Frauen zeigte sich eine Tendenz für eine positive Impfbereitschaft zur HPV-Impfung zu einem jüngerem Alter und einer geringeren Schulbildung. Weiterhin hatten die impfbereiten Frauen tendenziell ein jüngeres Alter beim ersten Koitus, eine geringere Anzahl an Geschlechtspartnern und einen selteneren Gebrauch von Kondomen beim Geschlechtsverkehr. Die impfbereiten Frauen waren bereit auf ihre allgemeine Gesundheit zu achten (Ausnahme: sportliche Aktivitäten), nahmen die gynäkologische Vorsorgeuntersuchung eher nicht so regelmäßig wahr und neigten eher zu gelegentlichen Raucheraktivitäten. Große Wissenslücken bestanden in der Kenntnis über Humane Papillomaviren und über Risikofaktoren für eine persistierende HPV-Infektion. Der größte Wissensunterschied zwischen impfbereiten und nicht impfbereiten Frauen war im Thema über das Zervixkarzinom zu beobachten. Schlussfolgerung: Die Schwerpunkte der Wissensvermittlung sollten auf der durch die Infektion mit HPV bedingten Ursache der Entstehung von Zervixkarzinom und der sexuellen Übertragbarkeit der Viren, auf der Beziehung zwischen den Viren und dem Zervixkarzinom und die Rolle anderer Risikofaktoren, wie das Rauchen, gelegt werden. Der Fokus der Aufklärungsarbeit sollte auf den Frauen liegen, die eher skeptisch der Impfung gegenüberstehen. Interventionssettings hierfür wären vor allem gynäkologische Arztpraxen und weiterführende Schulen mit höherem Abschluss. Wichtig ist auch eine fachliche Aufklärungsarbeit der Nebenwirkungen und der Wirksamkeit der Impfung. Die jungen Frauen (14-17 Jahre), die eher eine hohe Impfakzeptanz aufweisen, sollten motiviert werden trotz Impfung zur gynäkologischen Vorsorgeuntersuchung zu gehen. In diesen Rahmen ist auch es wichtig über ein riskantes sexuelles Verhalten zu sprechen und aufzuklären.
Muttermilch ist die optimale Nahrung für Neu- und Frühgeborene. Unter bestimmten Voraussetzungen ist es nötig, für Säuglinge abgepumpte Muttermilch zu pasteurisieren. In der vorliegenden Arbeit werden in Form einer Literaturauswertung verschiedene Verfahren der Pasteurisierung von Muttermilch auf ihre Eignung verglichen. Die eigenen Untersuchungen umfassen die Ermittlung eines Erregerspektrums, wie es in Muttermilchproben in der Universitätsmedizin Greifswald nachgewiesen wurde, und die Auswertung der Routine-Kontrollen des hauseigenen Pasteurisators. Mit dieser Zielsetzung sollte die Eignung eines speziellen Mikrowellengerätes zur Pasteurisierung untersucht werden. Im Unterschied zu im Haushalt benutzten Mikrowellengeräten erzeugt es ein homogenes Mikrowellenfeld, ermöglicht eine Durchmischung der Milchprobe während des Erhitzungsvorgangs mittels Magnetrührstab und genaue Einstellmöglichkeiten der gewählten Parameter sowie die Kühlung per Druckluft und die Temperaturmessung während der Behandlung mittels eingebautem Infrarotsensor. Mit diesem Gerät wurde artifiziell kontaminierte Kuhmilch behandelt und untersucht, ob eine Erregerinaktivierung um mindestens 5 log-Stufen erreicht werden kann. Als Testorganismen wurden S. aureus, E. coli, E. faecium und E. cloacae eingesetzt. Es konnte mit dem Mikrowellengerät und den gewählten Parametern eine bessere Erregerinaktivierung in kürzerer Behandlungsdauer erreicht werden als bei der zum Vergleich herangezogenen Holder- Pasteurisierung. Vor einem routinemäßigen Einsatz müssen allerdings noch verschiedene Probleme gelöst werden. Es bleibt zu klären, inwieweit die sensiblen Inhaltsstoffe der Muttermilch durch Mikrowelleneinwirkung beeinträchtigt oder geschädigt werden. Dabei ist das besondere Augenmerk auf die nicht-thermischen Effekte der Strahlung zu legen. Sollten nach derartigen Untersuchungen keine Bedenken gegen dieses Verfahren bestehen, könnte von der Industrie ein Gerät entwickelt werden, mit dem mehrere Milchflaschen gleichzeitig behandelt werden können. Sollte das gelingen, stände ein neues Pasteurisierungsverfahren für Muttermilch und weitere Anwendungsgebiete zur Verfügung.
This study validates a newly-developed scale of consumer culture at individual-level in purchase-consumption context. Following unipolar approach in measurement, the applicable-reliable scale for consumer culture analyzes plausible effects of the seven cultural dimensions on three selected consumer-behaviors; anticipated regret, and two further purchase behaviors of variety-seeking and Quality-consciousness, comparing both Hedonic and Utilitarian aspect of consumer decisions. The interaction among the three behavioral variables are also studied. Feeling the necessity of cultural investigations in rather-unknown countries, Iran and Germany are focused.Iran is among the culturally undiscovered markets with an ever increasing demand; also German consumers have several unknown aspects in their purchase behaviors. Finally, the role of contextual elements — nationality, demographic profile and task— in consumer purchase behaviors are separately analyzed.
In der Arbeit wird die Ganztagsschule als neue Schulkultur analysiert und bestehende Ansätze schulischer Gesundheitsförderung diskutiert. Mit Hilfe einer Zeitbudgeterhebung sowie einer Schülerbefragung zur gesundheitsbezogenen Lebensqualität und zu Schulmerkmalen an Ganztags- und Halbtagsschulen in Mecklenburg-Vorpommern wird empirisch untersucht, welche Bedeutung die Ganztagsschule für die Gesundheit und für den Alltag der Schüler hat. Die erhobenen Daten der Ganztags- und Halbtagsschüler werden gegenübergestellt und mittels statistischer Testverfahren auf Unterschiede hin untersucht. Der Einfluss der Ganztagsschule auf die Gesundheit der Schüler wird mittels Korrelations- und Regressionsanalysen überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass 1. die Ganztagsschüler ihre gesundheitsbezogene Lebensqualität positiver einschätzen und mit ihrem Zeitbudget zufriedener sind als die Halbtagsschüler; 2. sich Ganztags- und Halbtagsschüler im Zeitbudget einzelner Tätigkeitsbereiche unterscheiden, insbesondere in der institutionalisierten Freizeit; 3. die Ganztagsschüler einzelne Schulmerkmale positiver einschätzen als die Halbtagsschüler, was auf eine veränderte Schulkultur in der Ganztagsschule schließen lässt; 4. schulische Merkmale existieren, die in einem signifikanten Zusammenhang zur gesundheitsbezogene Lebensqualität der Schüler stehen.
Die Tumore im Kopf-Halsbereich bildeten eine oft vorkommende Tumorlokalisation. Einen Einfluss von geographischen Faktoren auf den Progress der Erkrankung und die medizinische Versorgung war weitestgehend unbekannt. Zur Analyse wurden Häufigkeiten, die Geschlechterverteilung und das Alter bei Diagnosestellung der Patienten mit benignen und malignen Tumoren herangezogen. Das Plattenepithelkarzinom als häufigstes Malignom wurde stellvertretend bezüglich der Lokalisationen, Beschwerdedauer, TNM-Einteilung mit Grading, Therapieverfahren, des Auftretens von Rezidiven und Zweittumoren sowie der benötigten Zeiten bis zur Diagnosestellung und Einleitung der Therapie genauer untersucht. Die Entfernungen und Fahrtzeiten mit dem Auto, dem Bus oder der Bahn zu den Hausärzten, Fachärzten und Kliniken wurden hinsichtlich des Einflusses auf den Tumorprogress analysiert. Einzelne geographische Barrieren ließen einen Rückschluss auf die Beeinflussung des Krankheitsverlaufs zu. Keine Beeinflussung und Korrelation ergab sich zwischen der initialen Tumorgröße, dem Lymphknotenstatus oder dem Differenzierungsgrad und der Fahrtzeit mit dem Auto zum Arzt oder zu einer Klinik. Bei den auswärtigen Kliniken fanden sich mit sinkender Fahrtzeit mehr Fernmetastasen, dieses lag bei kleinen Fallzahlen eher einem Fehler erster Art zugrunde und war statistisch nicht relevant. Auffällig signifikant korrelierte eine längere Fahrtzeit mit dem Auto vom Wohnort der Patienten zur Universitätsmedizin Greifswald mit dem Auftreten von Fernmetastasen. Zwischen der Autofahrtzeit zum Hausarzt, zum HNO-Facharzt oder zu auswärtigen HNO-Kliniken und einer Fernmetastasierung zeigte sich kein Zusammenhang. Aus der Fahrtzeit mit der Bahn zur Universitätsmedizin Greifswald und zu den HNO Fachärzten resultierte keine Veränderung des T-, N-, M-Stadiums oder des Grading Levels. Die Fahrtzeit mit der Bahn vom Wohnort zum Hausarzt hatte keinen Einfluss auf das T-, N- oder M-Stadium, gleiches galt für die Fahrtzeit mit der Bahn zu den HNO-Kliniken auf das T- und N-Stadium. Keine Zusammenhänge zeigten sich zwischen der Fahrtzeit mit dem Bus vom Wohnort zum HNO-Facharzt sowie zur Universitätsmedizin und dem Grading Level, wie zwischen der Fahrtzeit mit dem Bus zur Universitätsmedizin und der Tumorgröße. Geographische Hindernisse wie Insellage, das Vorhandensein einer Zugbrücke oder Fährverbindung beeinflussten nicht die Beschwerdedauer und die Zeit vom Stellen der Primärdiagnose bis zur Vorstellung in der Universitätsmedizin Greifswald. Insgesamt blieb so im Flächenland Mecklenburg – Vorpommern die medizinische Versorgung speziell im Bereich der Hausärzte, Fachärzte und Kliniken ohne große Auswirkungen auf den Tumorprogress bei den Patienten mit Plattenepithelkarzinomen im Kopf-Halsbereich. Einzig innerhalb der Versorgung durch die Universitätsmedizin Greifswald zeigte sich eine Fernmetastasierung bei zunehmender Fahrtzeit mit dem Auto und sollte Anlass zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der Gesundheitsstruktur geben.
Carbamoylasen und Hydantoinasen werden im „Hydantoinase-Prozess“ großindustriell zur Synthese enantiomerenreiner Aminosäuren eingesetzt. Durch Verwendung einer Hydantoin-Racemase kann eine Ausbeute von theoretisch 100 % erreicht werden. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie die beteiligten Enzyme mittels Protein-Design, an neue Substrate angepasst werden können. Dabei wurde die Carbamoylase aus A. aurescens einem gene-shuffling mit den eng verwandten beta-Ureidopropionasen aus S. kluyveri und A. tumefaciens unterzogen. Weiterhin wurde ein durch Dockingexperimente gestütztes rationales Design durchgeführt und auf dieser Basis gezielte Mutationen im aktiven Zentrum der Carbamoylase eingebracht, sowie fokussierte Bibliotheken des aktiven Zentrums erzeugt. Es konnte die Akzeptanz von β-Aminosäurederivaten als Substrat in dieser Carbamoylase erreicht werden. Das aktive Zentrum einer Hydantoinase aus Ochrobactrum spec. wurde ebenfalls mittels rationalem Design vergrößert um eine Akzeptanz von 5,5-disubstituierten Hydantoinen zu ermöglichen. Die Aktivitätsmessung gegenüber den neuen Substraten wurde in einem mehrstufigen Assaysystem durchgeführt. Dieses System basierte auf einem auf Ammoniummangel beruhenden Wachstumsassay, einem NADH Assay mit Glutamat-Dehydrogenase als Kopplungsenzym, sowie auf direktem HPLC Nachweis.
Non-healing wounds pose a major burden to patients and health care systems alike. These wounds are chronically stuck in the inflammatory phase of the healing process without transitioning to the proliferative phase. They are also characterized by the excessive presence of leukocytes which are assumed to provoke the persistent inflammation observed in pathological wound healing. Recent studies suggested a beneficial role of cold physical plasma in the treatment of chronic wounds. Hence, it was the central question, whether exposure to cold physical plasma would affect the viability and/or function of human leukocytes. Cold plasma displays various properties of which the generation of reactive molecules, such as reactive oxygen and nitrogen species (ROS/RNS), where found to be central in mediating redox changes in leukocytes. Oxidative stress was present especially in lymphocytes that readily underwent apoptosis after exposure to plasma. This was largely a direct consequence of plasma-generated hydrogen peroxide but not superoxide or RNS. Amount of apoptosis was comparable among several lymphocyte subpopulations, with the wound healing-relevant γδ T cells being least affected. Lymphocyte apoptosis was accompanied by mitochondrial membrane depolarization, caspase 3 activation, DNA fragmentation, and phosphatidylserine exposure. These results are in line with previous characterizations of the intrinsic apoptotic pathway in redox biology, and suggest that plasma-induced apoptosis was not mediated by alternative molecular mechanisms. An important immune response mechanism, the proliferation of lymphocytes, was not interrupted in plasma-treated but non-apoptotic cells. In wounds, a central role of leukocytes is to orchestrate the healing response via the release of small communication molecules called cytokines. Non-healing wounds are associated with elevated amounts of pro-inflammatory IL-1β, IL-6, and TNFα, and plasma-treatment of leukocytes strongly decreased their concentrations. At the same time, the expression of anti inflammatory cytokines (IL-10, TGFβ) was markedly increased. The pro inflammatory chemokine IL-8 was the only molecule to be significantly increased in supernatants of plasma-treated cells. IL-8 is the major chemo-attractant for neutrophil granulocytes. Neutrophils are frequently associated with non-healing wounds. These professional phagocytes are the first to migrate to the site of injury where they inactivate invading pathogens by various mechanisms. Importantly, highly relevant effector functions remained mostly unaffected by plasma treatment: the phagocytosis of bacteria, the oxidative burst, and the intracellular killing of microbes. Of note, plasma induced a strong induction of neutrophil extracellular traps (NETs). Decorated with antimicrobial proteins, NETs are web-like chromatin extrusions that entrap pathogens. These results have several implications for wound healing. Plasma-treated neutrophils were still capable of eradicating bacteria, which are frequently associated with non-healing wounds. In addition, plasma-induced NETs could aid in wound healing by providing an antibacterial scaffold to safeguard against further dissemination of microorganisms. Chronic wounds display a state of sustained inflammation and plasma induced apoptosis but not necrosis in lymphocytes. This was an important finding as necrosis, the involuntary cell death, is associated with the release of intracellular content, enhancing inflammation. By contrast, apoptosis dampens it as dead cells are cleared by macrophages inducing anti inflammatory responses. Further, the cytokine signature of plasma-treated leukocytes was largely non inflammatory, which could further decrease inflammation in wounds. Altogether, this work provided first insight with regard to effects and mechanisms of cold physical plasma treatment of wound-relevant leukocytes. Generally, these cells were affected by a plasma mediated modulation of their redox state. Future studies should include the possibility of redox modulation into their experimental approach to further elucidate the role of ROS/RNS in inflammation and possibly to improve existing wound healing therapies.
Der Hautkrebs ist die weltweit am häufigsten auftretende Krebserkrankung. Ziel der Arbeit war es, die Unterschiede in der Organisation der Vorsorgeuntersuchungen, der Behandlung, der Rehabilitation von Patienten in Bezug auf Hautkrebs sowie der Ausbildung von Dermatologen und der Nutzung von medizinischen Kapazitäten in Deutschland (DE) und Russland (RU) festzustellen. Die Analyse erfolgte durch Vergleich der Hautkrebs-Daten inkl. der Screeningprogramme aufgrund von Statistiken des Zentrums für Krebsregister-(KR)-Daten des Robert Koch-Institutes, des KRs Schleswig-Holstein, des gesamtrussischen KRs, des KRs der Kreml-Kliniken, der Statistikämter beider Ländern, des Institutes für das Entgeltsystem im Krankenhaus und aus Publikationen sowie der Befragung von Epithetikern und Mund-Kiefer-Gesichtschirurgen. Sie zeigte, dass die Letalität bei Melanomen (MM) in RU um das 2,6-fache, bei nichtmelanozytären Hautkrebsen (NMSC), die 80 – 90 % aller Hautkrebserkrankungen ausmachen, um das 7,5-fache höher als in DE ist. Die Rezidivraten bei Basalzellkarzinomen (BCC), auf die ca. 80 % aller NMSC ausfallen, machen in RU 25 – 50 % aus, während NMSC in DE nahezu rezidivfrei behandelt werden. In Bezug auf invasive Hautkrebserkrankungen werden in RU Mediziner 6-fach und die Bettaufstellung in Krankenhäuser 9,4-fach weniger effektiver genutzt als in DE. Da in anderen GUS-Staaten ähnliche medizinische Standards wie in RU gelten und die Gesundheitsausgaben in Prozenten zum BIP und BIP pro Kopf niedriger sind, ist es zu erwarten, dass da in Bezug auf Hautkrebs die Situation noch schlechter als in RU ist. Während das Hautkrebs-Screening in DE allen gesetzlich Versicherten ab dem 35. Lebensjahr alle zwei Jahre zu jeder Zeit angeboten wird, kann die Bevölkerung in RU diese Untersuchungen nur im Rahmen des „Melanoma Day“ bekommen. Dabei wird jährlich nur 0,006 % der russischen Bevölkerung untersucht, was zum Verschleppen von Erkrankungen führt. Die in DE vor 30 Jahren ausgearbeiteten, in den Leitlinien empfohlenen, bei NMSC nahezu rezidivfreien, gewebeschonenden Methoden der mikroskopisch kontrollierten Chirurgie (MKC) mit einer lückenlosen histologischen Kontrolle der Schnittränder (3-D-Histologie) sind in RU unbekannt. Während in DE 96,6 - 98,5 % aller MM und 96 % aller NMSC chirurgisch in Lokalanästhesie (LA) behandelt werden, werden daher in RU nichtchirurgische Methoden bevorzugt. So machte deren Anteil in allen angewendeten Therapien bei BCC in Moskau im Jahre 2009 ca. 70 % aus. Die Hälfte von BCC wurde dabei mit Kurzreichweitenstrahlentherapie – häufig in Kombination mit anderen Methoden – behandelt. Die Bestrahlungsschäden werden in RU in Rahmen der gesetzlichen Krankenversicherung (GKV) nicht behandelt. Die chirurgischen Exzisionen von Hauttumoren erfolgen in RU häufig unter Vollnarkose, was besonders bei älteren Patienten, die den größten Anteil an Hautkrebs-Erkrankten ausmachen, schädlich sein kann. Mit 1.675 Euro im Durchschnitt kosten die chirurgische Entfernung eines BCC genauso viel wie in DE (1.624 bis 1.800 Euro). Da es in RU keine Standards zur Dokumentation gibt, wird bei den histologischen Untersuchungen im Gegensatz zu DE die vertikale Tumordicke häufig nicht ermittelt, was eine Prognose der Erkrankungen unmöglich macht. In DE werden jährlich ca. 35.500 plastische Operationen im Kopf-Hals-Bereich an Hautkrebs-Patienten in Krankenhäusern durchgeführt und individuell ca. 1.500 Silikon-Epithesen für den Kopfbereich mit einer Nutzungsdauer von ca. 2 Jahren hergestellt. Obwohl in RU pro 10.000 Einwohner 1,53 mal mehr Dermatologen und 1,4 mal mehr Chirurgen arbeiten (es fehlen Statistiken speziell zu Mund-Kiefer-Gesichtschirurgen), werden in RU – da russische Dermatologen in Chirurgie und plastischer Chirurgie nicht geschult werden – pro Jahr bloß ca. 3.000 rekonstruktive Operationen nach der Entfernung von Tumoren im Gesichtsbereich durchgeführt. Die Tatsache, dass die Labore für Epithesenversorgung pro Jahr ca. 400 Epithesen herstellen, spricht auch dafür, dass in RU die überwältigende Mehrheit von Patienten mit Hautkrebs im Gesichtsbereich keine Möglichkeit hat, von der wirksamsten Behandlungsart (der Exzision des bösartigen Tumors) zu profitieren. Wegen der Unzugänglichkeit der qualitativen medizinischen Versorgung, u. a. der Rehabilitation, für gesetzlich Versicherten in RU wenden sich nicht alle Erkrankten an Ärzte, so dass die Erkrankungen nicht vollständig registriert und behandelt werden. So sind die altersstandardisierten Hautkrebs-Inzidenzraten in den russischen Regierungskliniken, wo ca. 70.000 Staatsbeamte medizinisch bestens versorgt werden, um das 3,8-Fache höher als in gesamt Moskau. Durch Umstellung auf die einfachen und günstigen Tübinger Methoden der MKC mit 3-D-Histologie ließe sich die Patientenzahl in RU jährlich um 16.500 – 33.000 senken. Selbst bei voller Erfassung der Bevölkerung durch Hautkrebs-Screening und voller Detektion von Erkrankungen gäbe es in RU ausreichende Kapazitäten für die medizinische Versorgung der Bevölkerung nach neuesten Standards. Durch die Einführung des Hautkrebs-Screenings in Rahmen der GKV und der einfachen Standards (MKC mit 3D-Histologie unter LA) wäre die Bekämpfung des Hautkrebses in den GUS-Staaten erheblich effektiver. Dafür sind die Anpassung der Ausbildungsprogramme für Ärzte und Pathologen an die deutschen Lernpläne und die Einrichtung von Laboren zur Herstellung von Epithesen im GUS-Raum erforderlich.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Wechselwirkung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) mit organischen Molekülen anhand zweier unterschiedlicher Systeme analysiert. Während einerseits der Einfluss von ROS auf eine organische Monoschicht am Beispiel des synthetischen, kationischen Polyelektrolyten Polyethylenimin (PEI) untersucht wurde, stand andererseits die Wechselwirkung von ROS mit einem DNS-Molekül, dem Biopolyelektrolyten pBR322 im Fokus des Interesses. Für die Untersuchungen der ROS-PEI-Wechselwirkung wurde zunächst verzweigtes PEI flach (RMS-Rauigkeit < 1 nm) auf einem Silizium-Substrat adsorbiert. Mit Hilfe der Fenton-Reaktion wurde die PEI-Monoschicht dem Einfluss von ROS ausgesetzt. Anhand von Kraft-Abstands-Kurven (KAK) konnte gezeigt werden, dass die flache Konformation der PEI-Monoschicht nach dem ROS-Einfluss erhalten bleibt. Des Weiteren konnte mittels Adsorption negativ geladener Gold-Nanopartikel (AuNP) demonstriert werden, dass die PEI-Oberfläche auch nach der Wechselwirkung mit ROS positiv geladene Gruppen enthält. Darüber hinaus konnte mit Hilfe der KAK gezeigt werden, dass sowohl die Oberflächenladungsdichte (OFL) als auch das Oberflächenpotential (OFP) unter ROS-Einfluss um einen Faktor 0,5 reduziert wurden. Es wurde gezeigt, dass die Reduzierung von OFL bzw. OFP auf die Abspaltung positiv geladener Gruppen der PEI-Monoschicht zurückgeführt werden kann. Mit Hilfe der dreidimensionalen Kraftspektroskopie wurde gezeigt, dass OFL und OFP auf einer Längenskala von 1,8 bis 30 µm lateral homogen sind. Darüber hinaus wurde anhand der AuNP-Belegungsdichte demonstriert, dass die Ladungsträger innerhalb der PEI-Oberfläche auf einer Längenskala oberhalb von 36 nm homogen verteilt sind. Hinsichtlich kleiner Längenskalen (< 36 nm) kann konstatiert werden, dass aufgrund einer verzögerten Adsorptionskinetik der AuNP nach der ROS-PEI-Wechselwirkung mit einer partiell reduzierten Bindungswahrscheinlichkeit zu rechnen ist. Vermutlich bewirkt der ROS-Einfluss eine inhomogene Verteilung der positiven Ladungsträger innerhalb der PEI-Monoschicht auf einer Längenskala von einigen nm. Experimentell ergibt sich darüber hinaus, dass eine 50 %ige Reduzierung des PEI-Oberflächenpotentials einer Abnahme von etwa 10 % der maximalen, anteiligen AuNP-Belegungsdichte entspricht. Diese experimentell bestimmten Parameter konnten unter Einbeziehung eines erweiterten drei-Körper RSA-Modelles erklärt werden. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Methode der Quantifizierung ROS-induzierter DNS-Schäden eingeführt. Dazu wurden die DNS-Moleküle zunächst mittels Fenton-Reaktion dem Einfluss von ROS ausgesetzt, auf Polyallylamin-Hydrochlorid-funktionalisiertem Glimmer adsorbiert und mittels des RKM im intermittierenden Modus (RKM-IM) abgebildet. Die Klassifizierung der DNS-Moleküle erfolgt unter Berücksichtigung des Kettenhöhenunterschiedes von doppelsträngiger- (dsDNS) und einzelsträngiger (esDNS) DNS. Als ROS-induzierter DNS-Schaden wird hierbei der Konformationsübergang von dsDNS (intakt) in esDNS (defekt) identifiziert. Die zentrale Messgröße der vorgestellten Methode ist demnach die DNS-Kettenhöhe, welche sich im Falle immobilisierter DNS-Moleküle mit einer Genauigkeit im Sub-Ångström-Bereich mit Hilfe des RKM-IM bestimmen lässt. Für die automatisierte Quantifizierung der Flächen, welche mit dsDNS respektive esDNS belegt sind, wurde ein Höhengrenzwert-basierter Auswertungs-Algorithmus konstruiert. Neben der Variation der Stärke der ROS-DNS-Wechselwirkung mittels verschiedener H2O2-Konzentrationen innerhalb der Fenton-Reaktion, wurde der Einfluss eines Radikalfängers am Beispiel des Natriumacetats (NaOAc) auf diese Wechselwirkung untersucht. Mit der Quantifizierung der ROS-DNS-NaOAc-Wechselwirkung wurde gezeigt, dass der anteilige DNS-Schaden mit wachsender H2O2-Konzentration zunimmt und mit steigender NaOAc-Konzentration abnimmt. Darüber hinaus wurde die Anwendbarkeit der in dieser Arbeit eingeführten Quantifizierung ROS-induzierter DNS-Schäden mit Hilfe eines reaktionskinetischen Ansatzes unter Verwendung des Modelles der kompetitiven Hemmung analysiert. Auf diese Weise wurden Ratenkonstanten der Wechselwirkung zwischen NaOAc mit Hydroxylradikalen verifiziert und somit die Validität des eingeführten Konzeptes demonstriert. Des Weiteren ermöglicht die automatisierte Datenanalyse einen vergleichsweise hohen Datendurchsatz und eignet sich daher gut für die Untersuchung der komplexen Wechselwirkung zwischen ROS, Radikalfänger und DNS. Anhand eines Vergleiches mit den etablierten Methoden zur Quantifizierung ROS-induzierter DNS-Schäden ergibt sich unter Einbeziehung des, in dieser Arbeit eingeführten Analyseverfahrens, ein komplementäres Verständnis der ROS-DNS-Wechselwirkung über einen großen Längenskalenbereich.
Postoperative Wundinfektionen (surgical site infections: SSI) stellen in Deutschland derzeit die häufigste nosokomiale Infektion dar. In der heutigen Zeit sind die Standards zur Prävention von SSI sehr komplex und effizient. Mit der Absicht der weiteren Reduktion von SSI’s wurde der mikrobielle Hautversiegler InteguSeal® entwickelt. Ergänzend zu den bereits veröffentlichten Studien zur Wirksamkeit des Versieglers untersuchten wir die Haut von 128 Patienten, die sich zu geplanten traumatologischen Eingriffen in der Universitätsmedizin Greifswald einfanden. Die Patienten wurden in zwei Gruppen (Kontrollgruppe und Verumgruppe) aufgeteilt. Wir überprüften Koloniezahlen und Erregerspezies von Wundgrund, Wundrand und Wundnaht im Verlauf von operativen Eingriffen an der Wirbelsäule und an den Extremitäten. Im Vergleich mit der Kontrollgruppe ohne Versiegleranwendung konnten bei den Patienten, die der Verumgruppe mit Versiegleranwendung angehörten, an allen drei untersuchten Arealen weniger Koloniezahlen detektiert werden. Statistische Signifikanz wurde aber lediglich an der Wundnaht erreicht. Schlussfolgernd konnten wir zwar einen Trend zu Gunsten des sogenannten Sealings herausarbeiten, zur zukünftigen Integration der Versieglertechnik in die Standards zur präoperativen Vorbereitung zwecks Reduktion der Wundkontamination bzw. von Wundinfektionen müssen allerdings weitere Untersuchungen durchgeführt werden.
Bei moderaten sinusförmigen Betriebsspannungen tritt in reinem Stickstoff der diffuse Townsend-Modus (APTD) auf. Das elektrische Feld ist hier über den Entladungsspalt annähernd konstant, weshalb ein anodengerichteter exponentieller Anstieg der Intensität der Emission beobachtet wird. Dementsprechend ist das Intensitätsmaximum direkt vor der Anode lokalisiert. Überraschenderweise lässt sich die APTD unter den gegebenen experimentellen Bedingungen (Breite des Entladungsspalts d_Spalt=1 mm und sinusförmige Betriebsspannung) ebenfalls in einer Helium-BE genieren. Für gewöhnlich wird jedoch in einer Helium-Entladung der diffuse Glimmentladungs-Modus (APGD) beobachtet, wobei der Entladungsspalt zwischen 2-5 mm breit ist. Das Emissionsmaximum einer solchen Entladung befindet sich durch die Ausbildung eines Kathodenfallgebiets vor der Kathode. Die geringe Breite des Entladungsspalts verhindert hier jedoch die Ausbildung der APGD. Entsprechend kann sich das Kathodenfallgebiet nicht entwickeln, wodurch die Spaltspannung nur schwach einbricht. Das Intensitätsmaximum der Emissionsentwicklung befindet sich wie bei der diffusen Stickstoff-BE direkt vor der Anode. Die Zünd- und Brennspannung ist in Stickstoff größer als in Helium, da die Vibrationszustände des Stickstoffs effizient durch Elektronen angeregt werden und diesen dabei Energie entzogen wird. Helium hat jedoch keine Vibrationszustände, weshalb die Elektronentemperatur ansteigt und die Zünd- und Brennspannung deutlich geringer ist. Eine Erhöhung des Spannungsanstiegs dU/dt beeinflusst signifikant die Entladungsentwicklung in der diffusen Helium-Entladung. So führt eine Variation von der Sinus- zur Rechteckspannung zu einem Wechsel des Entladungsmodus, nämlich von der APTD zur APGD. Die Ursache hierfür ist der deutlich höhere Energieeintrag, was sich auf die Ionisationsprozesse auswirkt. Die Verwendung einer Sägezahnspannung stellt in Bezug auf den Spannungsanstieg dU/dt eine Kombination aus der Sinus- und der Rechteckspannung dar. Mit dieser Betriebsspannung war es erstmals möglich, in einer Entladungsperiode entsprechend der Spannungsgradienten beide Entladungsformen (APTD und APGD) zu beobachten und zu studieren. Durch die Oberflächenladungsmessung konnte nachgewiesen werden, dass die während eines elektrischen Durchbruchs im Entladungsvolumen transferierte Ladung vollständig auf den Dielektrika akkumuliert wird. Der Vergleich der phasenaufgelösten Oberflächenladungsdichtemessung mit der zeitlichen Integration der Stromdichte zeigt, dass die Akkumulation von Oberflächenladungen instantan mit dem Auftreten eines Strompulses stattfindet. Nach einem Entladungsstrompuls bleiben die Oberflächenladungen unabhängig vom Entladungsmodus auf dem Dielektrikum konstant, bis die Entladung in der nächsten Halbwelle erneut zündet. In der filamentierten Entladung markieren die Oberflächenladungen den Auftreffpunkt der einzelnen Mikroentladungen. Die Oberflächenladungen sind an diesen Stellen stark lokalisiert. Die gemittelten radialen Oberflächenladungsdichteprofile haben gezeigt, dass diese sowohl für die negativen als auch für die positiven Oberflächenladungen einer Gauß-Verteilung folgen. Die volle Halbwertebreite der entsprechenden Oberflächenladungsdichteprofile unterscheidet sich. Die negativen Oberflächenladungen nehmen eine größere Fläche ein als die positiven Oberflächenladungen. Es konnte erstmals gezeigt werden, dass Mikroentladungen über viele Entladungsperioden immer wieder an der gleichen Stelle zünden, wo sich aus einer vorhergehenden Entladung ein lokalisierter Oberflächenladungsfleck entgegengesetzter Polarität befand. Dieses Phänomen wird als Memory-Effekt bezeichnet. Durch zeitlich definiertes Abschalten der Entladung konnten die Lebensdauern von Oberflächenladungen beider Polaritäten auf dem BSO-Kristall gemessen werden. Es konnte gezeigt werden, dass der Abbau der Oberflächenladungen in zwei Zerfallsprozesse k_1 und k_2 unterteilt ist. Während des Prozesses k_1 nimmt die Oberflächenladungsdichte innerhalb einiger weniger Sekunden deutlich ab. Die Zeitkonstante k_1 ist trotz der photoleitenden Eigenschaft des BSO-Kristalls unabhängig von der Beleuchtungsfrequenz des Kristalls ist. Der zweite deutlich langsamer ablaufende Prozess zeigte hingegen eine starke Abhängigkeit von der Beleuchtungsfrequenz der BSO-Kristalls. Wurde der Kristall kontinuierlich beleuchtet, verschwanden die Oberflächenladungen unabhängig von ihrer Polarität nach wenigen Sekunden vollständig. Je kleiner die Beleuchtungsrate des Kristalls ist, desto länger waren die Oberflächenladungen nachweisbar. Der Zerfallsprozess k_2 beruht auf intrinsischen Transportprozessen. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die negativen Oberflächenladungen durch Elektronen nahe der Oberfläche gebildet werden. Die positiven Oberflächenladungen sind Löcher im Valenzband, die durch Elektronen-Ionen-Rekombination entstehen.
Magnetic reconnection is a fundamental plasma process where a change in field line connectivity occurs in a current sheet at the boundary between regions of opposing magnetic fields. In this process, energy stored in the magnetic field is converted into kinetic and thermal energy, which provides a source of plasma heating and energetic particles. Magnetic reconnection plays a key role in many space and laboratory plasma phenomena, e.g. solar flares, Earth’s magnetopause dynamics and instabilities in tokamaks. A new linear device (VINETAII) has been designed for the study of the fundamental physical processes involved in magnetic reconnection. The plasma parameters are such that magnetic reconnection occurs in a collision-dominated regime. A plasma gun creates a localized current sheet, and magnetic reconnection is driven by modulating the plasma current and the magnetic field structure. The plasma current is shown to flow in response to a combination of an externally induced electric field and electrostatic fields in the plasma, and is highly affected by axial sheath boundary conditions. Further, the current is changed by an additional axial magnetic field (guide field), and the current sheet geometry was demonstrated to be set by a combination of magnetic mapping and cross-field plasma diffusion. With increasing distance from the plasma gun, magnetic mapping results in an increase of the current sheet length and a decrease of the width. The control parameter is the ratio of the guide field to the reconnection magnetic field strength. Cross-field plasma diffusion leads to a radial expansion of the current sheet at low guide fields. Plasma currents are also observed in the azimuthal plane and were found to originate from a combination of the field-aligned current component and the diamagnetic current generated by steep in-plane pressure gradients in combination with the guide field. The reconnection rate, defined via the inductive electric field, is shown to be directly linked to the time-derivative of the plasma current. The reconnection rate decreases with increasing ratio of the guide field to the reconnection magnetic field strength, which is attributed to the plasma current dependency on axial boundary conditions and the plasma gun discharge. The above outlined results offer insights into the complex interaction between magnetic fields, electric fields, and the localized current flows during reconnection.
Die Synthese und der Abbau von mikrobieller Biomasse sind fundamentale biologische Prozesse auf unserer Erde. Im Gegensatz zu zellulären Syntheseleistungen wurde der Eliminierung von mikrobieller Biomasse allerdings bisher weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Die Auflösung von Bakterienzellen wird als Bakteriolyse bezeichnet. Innerhalb von natürlichen Bakteriengemeinschaften wird die Bakteriolyse eingeleitet durch verschiedene mikrobielle Prozesse und wird schließlich durch die Degradation komplexer bakterieller Zellwandbausteine bedingt. Sie ist ein fundamentaler Vorgang zur Energie- und Nährstoffversorgung, sowohl im Rahmen der Saprotrophie, also dem Abbau von toten Bakterienzellen, als auch der Bakterivorie, der Prädation an lebenden Bakterien. Der Prozess der Bakteriolyse ist bei beiden Ernährungstypen abhängig von extrazellulären Enzymen und bioaktiven Metaboliten, die den enzymatischen Angriff ermöglichen oder verstärken und letztlich zur Zerstörung des Zellmaterials beitragen. Bakteriolytische Substanzen und Metaboliten besitzen eine hohe Anwendungsrelevanz, beispielsweise für die Zurückdrängung von Bakterien in vielen verschiedenen Bereichen des Lebens und werden in Anbetracht der weltweit steigenden Verbreitung von Krankheits- und Schaderregern sowie von Antibiotikaresistenzen dringend benötigt. Um Zugang zu neuen antimikrobiellen Substanzklassen zu erhalten, wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit 35 stark bakteriolytische Bakterienisolate aus Brackwasser gewonnen und charakterisiert, darunter 31 von verschiedenen Probenahmeorten der Ostsee und 4 aus dem brackwasserhaltigen Bereich des Balchaschsees in Kasachstan. Alle bakteriolytischen Isolate wurden morphologisch und physiologisch charakterisiert. Eine Auswahl bakteriolytischer Stämme wurde zusätzlich taxonomisch identifiziert. Von den bakteriolytischen Umweltisolaten aus der Ostsee konnten zehn Stämme eindeutig den vier Bacillus-Arten B. pumilus, B. subtilis, B. megaterium und B. licheniformis zugeordnet werden (Brack et al. 2013). Unter den Isolaten aus dem Balchaschsee wurden drei Stämme als Pseudomonas veronii und ein Stamm als Paenibacillus apiarius identifiziert. Die Isolate aus dem Balchaschsee zeichneten sich durch eine starke Lyseaktivität gegenüber lebenden Zellen von Pseudomonas putida, Escherichia coli, Micrococcus luteus und Arthrobacter citreus aus und waren zum Teil in der Lage, auch autoklavierte Zellen dieser Arten zu degradieren. Für das Isolat Paenibacillus apiarius SBUG 1947 wurde nach Analyse von Wachstumskurven und elektronenmikroskopischen Aufnahmen eine besonders deutliche Lyseaktivität gegenüber lebenden Zellen von A. citreus in Flüssigkultur nachgewiesen (Brack et al. 2014c). In einem umfangreichen systematischen Screening über die bakteriellen Isolate aus der Ostsee zeigten ausgewählte Bacillus-Stämme aller vier identifizierten Arten lytische Aktivitäten gegenüber lebenden Zellen von grampositiven und gramnegativen Bakterien der Arten Arthrobacter citreus, Micrococcus luteus und Pseudomonas putida sowie zum Teil gegenüber Hefen wie Trichosporon mucoides. Diese und weitere Mikroorganismen wie Aeromonas sp., Bacillus subtilis, Chromobacterium violaceum, Citrobacter freundii, Enterobacter aerogenes, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa und Serratia marcescens wurden in Form von autoklavierten und pasteurisierten Zellen ebenfalls durch die Bacillus-Stämme lysiert (Brack et al. 2013). Das stark bakteriolytische Isolat B. pumilus SBUG 1800 zeigte zudem in Flüssigkultur eine deutliche Bakteriolyseaktivität gegen pasteurisierte und lebende Zellen von A. citreus, wobei selbst ein geringes Inokulum von B. pumilus zu einer raschen Abtötung sowie Auflösung der Wirtszellen führte, wie in Wachstumsversuchen und mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Aufnahmen gezeigt werden konnte. Die stärkste Lyseaktivität gegenüber lebensfähigen A. citreus-Zellen konnte nach 3,5 bis 4,5 Stunden der Inkubation in Co-Kultur mit verdünnter Nährbouillon beobachtet werden. Um den Bakteriolyseprozess genauer zu charakterisieren, wurden im Folgenden Veränderungen im extrazellulären Metabolom und Proteom unter verschiedenen Kulturbedingungen untersucht. So wiesen die zellfreien Kulturüberstände von B. pumilus SBUG 1800, coinkubiert mit pasteurisierten Zellen von A. citreus, nachweislich eine starke bakteriolytische Aktivität auf, was auf die Anwesenheit von extrazellulären Lysefaktoren hindeutete. Diese lytischen Faktoren sollten mit Hilfe von analytischen Messmethoden nachgewiesen und biochemisch charakterisiert werden. Mittels gekoppelter Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) wurden im Kulturüberstand von B. pumilus SBUG 1800, inkubiert in Gegenwart von pasteurisierten Zellen von A. citreus, verschiedene 2,5 Diketopiperazine detektiert. Hierdurch gelang der erste wissenschaftliche Nachweis der Sekretion der Diketopiperazine Cyclo(-Ala-Pro), Cyclo(-Gly-Pro), Cyclo(-Val-Pro), Cyclo( Ile-Pro), Cyclo(-Leu-Pro), Cyclo(-Pro-Pro), Cyclo (-HyP-Pro), Cyclo (-Pro-Met) und Cyclo(-Phe-Pro) durch das Umweltisolat B. pumilus SBUG 1800 aus der Ostsee sowie auch durch den Laborstamm B. pumilus SBUG 1921 (auch B. pumilus Jo2). Beide Stämme reagierten nach 4 h der Inkubation in einem Mineralsalzmedium mit einer erhöhten Produktion der Diketopiperazine Cyclo(-Gly-Pro), Cyclo(-Ala-Pro) und Cyclo(-Val-Pro) auf das Vorhandensein pasteurisierter A. citreus-Zellen. Auch in zehnfach verdünnter Nährbouillon wurden diese Diketopiperazine produziert. Die detektierten antimikrobiellen Diketopiperazine wiesen gegenüber verschiedenen Teststämmen eine Hemmwirkung auf, die bereits bei sehr geringen Konzentrationen von 1 µg ml-1 einsetzte. Für die Diketopiperazine konnte jedoch keine bakteriolytische Funktion nachgewiesen werden, weder gegenüber lebenden noch gegenüber abgetöteten Bakterienzellen (Brack et al. 2014a). Sie wirken daher als Stoffwechsel inaktivierende Vorstufe für einen nachfolgend einsetzenden bakteriolytischen Prozess. Um den unbekannten Lysefaktor aus dem zellfreien Überstand von B. pumilus SBUG 1800 zu identifizieren, wurde unter anderem die Lipopeptid-Fraktion der Zellen gewonnen und mittels LC-MS analysiert. Dabei wurden neun verschiedene Pumilacidine, darunter zwei bislang unbeschriebene Lipopeptide mit den Molekülmassen 1007 und 1021, detektiert. Da die Lipopeptidextrakte lebende Wirtzellen lysierten, können die Pumilacidine als eine erste Gruppe von wirksamen Lysefaktoren im untersuchten Prädator-Wirt-System angesehen werden. Die Konzentration der Pumilacidine ist ähnlich der Diketopiperazin-Konzentration nach vier Stunden der Inkubation in verdünnter Nährbouillon höher in Anwesenheit von pasteurisierten oder lebenden Zellen von A. citreus als im Kontrollmedium ohne Wirtszellen. Neben den antimikrobiellen Diketopiperazinen und den bakteriolytischen Pumilacidinen konnte mittels Gelelektrophorese die bakteriolytische Wirksamkeit einer großen Bandbreite von extrazellulären Enzymen aus B. pumilus SBUG 1800 nachgewiesen werden. Zwei der bakteriolytisch wirksamen Enzyme konnten mit Hilfe massenspektrometrischer Methoden als die Zellwandhydrolasen N-Acetylmuramoyl-L-Alaninamidase und β N Acetylglukosaminidase identifiziert werden (Brack et al. 2014b). Im Kontext der aktuellen Fachliteratur deuten die hier vorgestellten Ergebnisse darauf hin, dass Bacillus-Arten sich als Intragilden-Prädatoren in das marine mikrobielle Nahrungsnetz einordnen lassen. Bei Nahrungsmangel, vergleichbar mit dem Wachstum in der vielfach verwendeten, zehnfach verdünnten Nährbouillon, greift B. pumilus benachbarte Mikroorganismen an, um diese als Nährstoff- und Energiequellen für das eigene Überleben zu nutzen durch die damit verbundene Lyse von Nahrungskonkurrenten den Prozess der eigenen Sporulation zu retardieren. Der Vorgang der Bakteriolyse im untersuchten Prädator-Wirt-System läuft dabei nach dem dargelegten Kenntnisstand folgendermaßen ab. In der Co-Kultur wird das Wachstum der Wirtsbakterienart A. citreus durch neun verschiedene Diketopiperazine mit antibakterieller Wirksamkeit inhibiert. Die Gesamtkonzentration der Diketopiperazine liegt bei über 80 µg ml-1. Gleichzeitig verursachen die ausgeschiedenen Pumilacidine A bis I als Hauptfaktoren der Bakteriolyse die initiale Zellpermeabilisierung, und den Zelltod der Wirtsbakterien, wahrscheinlich bedingt durch eine Desintegration von Membranstrukturen, woraufhin der austretende Zellinhalt im Medium verfügbar wird. Für die Degradation der freiwerdenden makromolekularen Nährstoffe sekretiert B. pumilus ein breites Spektrum von verschiedenen hydrolytischen extrazellulären Enzymen, welche die komplexen Zellbestandteile zu metabolisierbaren Oligomeren und Monomeren zersetzen (Brack et al. 2014b). Auf der Grundlage der neuen Erkenntnisse über den Hergang der Bakteriolyse im ausgewählten Prädator-Wirt-System können neue, anwendungsrelevante Ansätze für die Zurückdrängung von schädlichen Mikroorganismen abgeleitet werden. Neben der detailliert untersuchten Art Bacillus pumilus stehen weitere lytische Bakterien zur Verfügung, deren Wirkstoffe und lytische Enzyme, ein großes Potential zur Zerstörung von mikrobiellen Zellen und
The central aim of this thesis was the investigation of protein/polyanion interaction using circular dichroism (CD) spectroscopy, enzyme immune assay (EIA), isothermal titration calorimetry (ITC) and flow cytometry (FC). A further aim was to understand why an endogenous protein becomes immuno-genic when forming a complex. The focus was on the protein platelet factor (PF4), which gained wide interest in the clinical field, due to its role in the life-threatening, immune-driven, adverse drug effect heparin-induced thrombocytopenia (HIT). PF4 is a small homotetrameric chemokine with several basic amino acids on its surface, forming a positively charged ring. The antibodies that are formed during HIT recognize an epitope exposed on PF4, when it is in a complex with heparin at a certain molar ratio at which, PF4 tetramers are aligned on the heparin and forced into close approximation. The main results and conclusions of the thesis are summarized below: 5.1 Evolutionary Conservation of PF4 (Paper I – PF4/Evolution) By carrying out an amino acid sequence survey we found that the positively charged amino acids contributing to the heparin binding site on the surface of PF4 and related proteins are highly conserved in all vertebrates, including fish species. PF4 interacts with the phospholipid lipid A, the innermost part of the lipopolysaccharide (LPS) of Gram negative bacteria. We showed that the shorter the sugar chain of the O antigen, outer and inner core of the LPS were the more PF4 was binding. The interaction of PF4 with lipid A is inhibited by heparin, suggesting that the amino acids known to contribute to heparin binding are also involved in binding to lipid A. 5.2 PF4 Interaction with Polyanions (PA) of varying Length and Degree of Sulfation (Paper II – PF4/PA) CD spectroscopy was found to be a powerful technique to monitor structural changes of PF4 caused by binding to various clinically relevant polyanions. Therefore PF4 was titrated with different PA to investigate the dependencies: i. impact of the PF4:PA molar ratio, ii. degree of polymerization of the PA and iii. degree of sulfation of the PA. In all cases, exposure of HIT-relevant epitope(s) was only observed for PA that also induced changes in secondary structure of PF4. A comparison of results of an immune ¬assay with CD spectroscopic data showed that the extent of complex anti¬genicity correlates well with the magnitude of changes in PF4 secondary structure, and that the structural changes of PF4 have to exceed a certain threshold to achieve PF4/PA complex antigenicity. These findings allowed us to calculate expectation intervals for complex antigenicity solely using CD spectroscopic data. To our knowledge, this was the first demonstration that the capability of drugs to induce antigenicity of PF4 can be assessed without the necessity of in vivo studies or the use of antibodies obtained from immunized patients specific for the antigens. The antigenicity of PF4 in complex is not restricted to negative charges originating from sulfate groups, PA with phosphate groups are also capable (binding to phospholipids). We investigated inorganic polyphosphates (polyP) with a chain length of 75 Pi and showed that the induced secondary structural changes are even higher compared to the changes induced by the different heparins and that the PF4/P75 complexes are antigenic as well. 5.3 PF4 Interaction with defined oligomeric Heparins (Paper III – PF4/defined Heparins) We tested highly purified, monodisperse heparins. In contrast to the clinically relevant but relatively undefined (high polydispersity index) glycosamino glycans reported in paper II (PF4/PA). The defined heparins induced higher secondary structural changes. Here we showed for the first time that strong conformational changes during PF4/PA complex formation are necessary but not sufficient for to the expression of the anti-PF4/heparin antibody binding site. Also, the size of the complexes is not the only prerequisite for anti-PF4/heparin antibody binding (tested by atomic force microscopy). By ITC we found that antigenicity is only induced if the PF4/PA complex has a high binding enthalpy and the complex formation leads to a negative change in entropy. 5.4 PF4/Polyphosphates (polyP) Complex Antigenicity and Interaction with Escherichia coli (E. coli, Paper IV – PF4/polyP) PolyP with chain lengths of 45 Pi and 75 Pi induced remarkable secondary structural changes in the PF4 molecule, thereby exposing the epitope recognized by anti-PF4/heparin antibodies. The induced conformational changes were similar to the changes induced by the defined heparins. Again a high binding enthalpy was observed but here in connection with a positive change in entropy. Further we showed that polyP (≥45 Pi) enhance PF4 binding to the surface of Gram negative E. coli at intermediate concentration and disrupt the binding at elevated polyP concentrations. The increased amounts of PF4 on the bacterial surface also improved the binding of anti-PF4/heparin antibodies and thereby the phagocytosis of the bacteria by poly¬morpho¬nuclear leucocytes. 5.5 Nucleic acid based Aptamers induce structural Changes in the PF4 Molecule (Paper V – PF4/Aptamer) Nucleic acids are another class of molecules containing phosphate groups. Especially after cell damage their extra¬cellular concentration can be locally quite high (>2 mg/ml). We found that certain aptamers form complexes with PF4 and thereby inducing anti-PF4/aptamer antibodies which cross-react with PF4/heparin complexes. Moreover by CD spectroscopy we showed that the protein C-aptamer caused similar secondary structural changes of PF4 like heparin, but already at much lower concentration. The maximally induced changes by the protein-C aptamer were even higher and persisted over a broader concentration range. 5.6 Protamine Interaction with Heparin (Paper VI – PS/Heparin) After the intensive investigation of the complex formation between PF4 and many different classes of PA we assessed another protein for structural changes upon complex formation with heparin. Protamine (PS) a protein in routinely used in post-cardiac surgery to reverse the anticoagulant effects of heparin was found to unfold but not to refold with increasing concentration of PA in solution. 5.7 Conclusion and Outlook When starting this thesis, it was believed that repetitive structures formed by PF4 on a heparin chain mold the epitope recognized by antibodies inducing HIT. These repetitive structures might exhibit similarities with viral capsids and are therefore recognized by the immune system of some patients. We found that induced by the close approximation PF4 changes its conformation, thereby exposing a neoepitope. The conserved positively charged amino acids of the heparin binding site and the involvement of these amino acids in the binding to lipid A confirm our hypothesis of PF4 as part of an ancient immune-mediated host defense mechanism. As possible consequence of the “primitive mechanism of defense” the highly variable O-antigens of LPS might have significantly contributed to an efficient escape mechanism by hiding the structures that made the bacteria vulnerable. In turn polyP might be an adaption of the host improve pathogen recognition by PF4 and further by antibodies inducing phagocytosis of the PF4-marked objects. Although shown only for PF4 and PS, our findings might be applicable to other proteins that also express epitopes upon changes in their secondary structure. Our physicochemical methods may further be applied: i. to drug development for the prediction of antigenicity induced by polyanionic drugs, ii. to guide the development of synthetic heparins and other polyanion based drugs, e.g. aptamers, that do not lead to HIT and iii. to provide relevant aspects for other biological functions of heparins.
In einer Untersuchung von 1530 DNA-Proben Neugeborener aus Ostvorpommern wurden mittels PCR 32 Heterozygote der F508del-Mutation gefunden. Unter Berücksichtigung der CF-Allelverteilung der Region wurde eine Inzidenz der Mukoviszidose von 1:4216 errechnet. Es wurde die Notwendigkeit und die Möglichkeiten eines Neugeborenenscreenings auf Mukoviszidose diskutiert.
Hintergrund: Bisher wurde kaum untersucht, welche Faktoren im Zusammenhang mit guter bzw. schlechter Interdentalhygiene stehen. Vorhandene Studien zeigen, dass das Transtheoretische Modell der Verhaltensänderung (TTM) für das Interdentalhygieneverhalten anwendbar ist. Die bisherigen epidemiologischen Studienergebnisse zum TTM weisen je nach Erhebungsort und Studienmethodik große Schwankungen auf, wobei es für den deutschsprachigen Raum kaum aussagekräftige Daten gibt. Ziel: Im Rahmen dieser Studie sollen Prävalenzschätzungen zur Interdentalhygiene bei zahnärztlichen Patienten erfolgen sowie Einflussfaktoren, die mit dieser in Zusammenhang stehen, identifiziert werden. Weiterhin sollen entsprechend dem TTM die Stadien der Verhaltensänderung sowie weitere motivationale Faktoren beschrieben und geprüft werden, wie Patienten einer proaktiven Thematisierung der Interdentalhygiene gegenüber stehen. Methode: Über einen Zeitraum von zwei Wochen wurde jeder konsekutive Patient in 10 zufällig ausgewählten Greifswalder Zahnarztpraxen (Teilnahmerate 83,3%) registriert. Von den 1087 eligiblen Patienten im Alter von 18-70 Jahren wurden 906 mittels standardisiertem Fragebogen untersucht. Zum Vergleich der Prävalenzdaten mit der Allgemeinbevölkerung im Erhebungsgebiet wurden Daten der Study of Health in Pomerania (SHIP) aufbereitet. Die Assoziationsanalysen erfolgten mittels multinomialer logistischer Regressionsmodelle. Ergebnisse: Täglich reinigen 30,3% der Befragten ihre Zahnzwischenräume, etwa 43,6% gelegentlich, die übrigen 26% nutzen gar keine Zahnseide bzw. Zahnzwischenraumbürsten. Positiv mit der Interdentalhygiene assoziiert sind das weibliche Geschlecht, steigendes Lebensalter, das Leben in einer festen Partnerschaft, höhere Schulbildung, eine in der Vergangenheit vom Zahnarzt festgestellte Zahnfleischentzündung, die Inanspruchnahme professioneller Zahnreinigungen sowie die zahnärztliche Empfehlung und Einweisung in den Gebrauch von Zahnseide oder Zahnzwischenraumbürsten. Hohe Schulbildung war positiv mit gelegentlicher, aber negativ mit täglicher Interdentalhygiene assoziiert. Auf die Stadien der Verhaltensänderung teilen sich die Probanden folgendermaßen auf: Absichtslosigkeit 13,2%, Absichtsbildung 26,4%, Vorbereitung 12,7%, Handlung 13,9%, Aufrechterhaltung 33,9%. Die Selbstwirksamkeitserwartung und die Entscheidungsbalance steigen mit dem Stadium der Verhaltensänderung signifikant an. Mit 83% erwartet die Mehrheit der Befragten mindestens gelegentlich vom Zahnarzt auf die Reinigung der Zahnzwischenräume angesprochen zu werden. Nur 2% lehnen dies gänzlich ab. Schlussfolgerung: Verglichen mit bisherigen Untersuchungen zeigen die Ergebnisse bei zahnärztlichen Patienten einen höheren Anteil, welcher zumindest gelegentlich die Zahnzwischenräume reinigt. Die leitliniengerechte tägliche Interdentalhygiene praktiziert jedoch nur die Minderheit der Patienten. Aufgrund des erhöhten Risikos für junge Männer aus geringeren Bildungsschichten für unzureichende Interdentalhygiene sollten diese gezielt in Interventionsprogramme einbezogen werden. Personen höherer Bildungsschichten sollten besonders auf die Notwendigkeit der Interdentalraumreinigung im Rahmen der täglichen Mundpflege hingewiesen werden. Die zahnärztliche Empfehlung und Einweisung in die Nutzung von Zahnseide und Zahnzwischenraumbürsten spielen bei der Motivation zur täglichen Interdentalhygiene eine entscheidende Rolle. Außerdem erwarten Patienten eine proaktive Ansprache dieses Themas vom Zahnarzt, wobei eine stadiengerechte Interdentalhygieneaufklärung sinnvoll erscheint.
Eine möglichst kurze maschinelle Beatmungszeit und -entwöhnung sind relevant für die Vermeidung von Komplikationen und das Überleben des Patienten. Patienten, die sich nur schwer von der maschinellen Beatmung entwöhnen lassen, sind häufig multimorbide und benötigen einen längeren Entwöhnungszeitraum. Von großem Interesse ist daher, inwiefern sich der Weaningverlauf durch prognostische Parameter vorhersagen lässt. Bislang existieren kaum Untersuchungen für das Weaning-Outcome bzw. die Mortalität an einer Studienpopulation speziell mit komplikationsreichen Verläufen. Um die Multimorbidität der Patienten mit dieser Studie adäquat zu reflektieren, wurde eine breit angelegte Anzahl möglicher Prädiktoren aus den Bereichen Medikation, Vorerkrankungen, Funktionsfähigkeit überlebenswichtiger Organsysteme und Beatmungsparameter ausgewählt und auf statistisch signifikante Zusammenhänge mit dem Weaning-Outcome und erhöhter Mortalität untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sowohl die Gabe von Katecholaminen als auch die Dialysepflicht eines Patienten einen unabhängigen Risikofaktor für ein Weaning-Versagen darstellt. Zudem stellt die Gabe von Katecholaminen einen unabhängigen Risikofaktor für eine erhöhte Mortalität während der Weaning-Behandlung dar. Die Untersuchung trägt damit dazu bei, Prädiktoren zu finden, die sich auch mit multimorbiden Patientengruppen verwenden lassen, die typischerweise schwierig zu entwöhnende Patienten sind.
Die Idee von UNESCO-Biosphärenreservaten besteht darin, den Erhalt der biologischen Vielfalt mit der nachhaltigen Regionalentwicklung unter Beteiligung der Bevölkerung zu verbinden. Inwiefern die Idee unterstützt und in der eigenen Lebensweise berücksichtigt wird, wurde exemplarisch für die Bürgermeisterinnen und Bürgermeister aus drei Regionen analysiert. In Deutschland sind die UNESCO-Biosphärenreservate im Bundesnaturschutzgesetz rechtlich gesichert und gehören in den Zuständigkeitsbereich der Landesumweltministerien. Damit fehlt es ihnen oftmals an Zuständigkeiten, Personal und Geldern über naturschutzfachliche Themen hinaus. Mit dem Auftrag der Gewerbeförderung und dem Ausbau der Infrastruktur ergänzen die Gemeinden die naturschutzfachlichen Kompetenzen der deutschen UNESCO-Biosphärenreservate. Daher ist eine Zusammenarbeit für den Erfolg entscheidend. Die Forschungsfrage lautet somit: Wie ist die Idee der UNESCO-Biosphärenreservate in dem Wissen, den Einstellungen und dem Handeln der Bürgermeisterinnen und Bürgermeister aus den UNESCO-Biosphärenreservaten Schaalsee, Schorfheide-Chorin und Südost-Rügen verankert? Den Anforderungen der qualitativen Sozialforschung entsprechend, wurden die Bürgermeisterinnen und Bürgermeister der drei UNESCO-Biosphärenreservate 2010 interviewt. Das neuartige Konzept Verankerung der UNESCO-Biosphärenreservats-Idee bei Bürgermeisterinnen und Bürgermeistern ergab sich aus einem abduktiven Forschungsprozess: Er bestand aus einem Wechselspiel zwischen der Analyse von 45 leitfadengestützten Interviews nach der Grounded-Theory-Methodologie und dem Studium der sozialwissenschaftlichen Forschungen zu Akzeptanz, Partizipation und Governance in Schutzgebieten. Das Konzept Verankerung umfasst drei Dimensionen: Wissen, Einstellung und Handeln. Diese wurden mit jeweils vier bis fünf Kategorien gefüllt, die durch die explorative Analyse der Interviews identifiziert wurden. Orientiert an der Gesamtbeurteilung der Vor- und Nachteile des UNESCO-Biosphärenreservates vor Ort konnten die Bürgermeisterinnen und Bürgermeister in fünf unterschiedliche Typen der Verankerung unterteilt werden: Für die Unterstützer bringt das Biosphärenreservat vor Ort deutlich mehr Vorteile als Nachteile. Sie verfügen über umfangreiches Wissen zum Biosphärenreservat und zeigen eine hohe Eigeninitiative zur Umsetzung der Biosphärenreservats-Idee. Für die Befürworter überwiegen ebenso die Vorteile gegenüber den Nachteilen, jedoch nicht so deutlich wie bei den Unterstützern. Sie wissen weniger genau über das Biosphärenreservat vor Ort Bescheid, beteiligen sich aber bei Projekten der Biosphärenreservats-Verwaltung. Für die Unentschiedenen sind die Vor- und Nachteile des Biosphärenreservates ausgewogen. Sie kennen im Prinzip die Aufgaben von Biosphärenreservaten, konkrete Aktivitäten vor Ort sind ihnen aber kaum bekannt. Bei formellen Beteiligungsverfahren haben sie negative Erfahrungen in der Zusammenarbeit mit der Biosphärenreservats-Verwaltung gemacht. Sie loben jedoch einzelne Projekte. Für die Kritiker überwiegen die Nachteile gegenüber den Vorteilen des Biosphärenreservates. Sie bemängeln die Beteiligung der Gemeinden bei der Ausweisung des Biosphärenreservates als unzureichend und beanstanden die Zusammenarbeit mit der Biosphärenreservats-Verwaltung in formellen Beteiligungsverfahren. Sie sind Einheimische und haben im Alltag sehr starke Einschränkungen durch das Biosphärenreservat erfahren. Die Unbeteiligten können weder Vor- noch Nachteile des Biosphärenreservates benennen. Sie wissen kaum etwas über die Aktivitäten der Biosphärenreservats-Verwaltung und arbeiten selten mit ihr zusammen. In der komparatistische Analyse der Typen in den drei Biosphärenreservaten zeigen sich folgende Unterschiede: Im Biosphärenreservat Schaalsee sind die meisten Unterstützer und Befürworter zu finden, so dass dort die Biosphärenreservats-Idee am stärksten bei den Bürgermeisterinnen und Bürgermeistern verankert ist. Im Gegensatz dazu sind im Biosphärenreservat Südost-Rügen die meisten Kritiker. Im Biosphärenreservat Schorfheide-Chorin ist der Anteil der Unentschiedenen am größten. Diese Unterschiede sind eine Momentaufnahme und unterliegen einem ständigen Wandel. Da es durch die Kommunalwahlen regelmäßig zu neuen Konstellationen kommt, sollte diese Untersuchung nach jeder Wahl wiederholt werden. Die Ergebnisse können nicht mit der Verankerung der Biosphärenreservats-Idee bei der Bevölkerung gleichgesetzt werden, wie eine Gegenüberstellung mit den Ergebnissen einer Bevölkerungsbefragung aus 2010 gezeigt hat. Alles in allem liefert das Konzept Verankerung der Biosphärenreservats-Idee und die Differenzierung der Bürgermeisterinnen und Bürgermeister in Typen der Verankerung einen neuen Ansatz zur Analyse von Stakeholdern im Schutzgebietsmanagement. Es gibt dem Management eine bessere Handlungsorientierung: Es geht darum, eigenverantwortliches Handeln der Bürgerinnen und Bürger differenziert anzuregen und zu unterstützen.
In the search for new antifungal agents, this study dealt with the antimicrobial screening, extraction, isolation, structural elucidation as well as selective biological investigations of the isolated compounds. In addition, the impact of the culture conditions on growth and on biosynthesis of bioactive compounds was also studied. Besides, selective cyanobacteria were axenized and the taxonomy as well as the genetic relationship of axenic cyanobacteria that produced bioactive compounds with some other cyanobacteria was identified basing on the 16S rRNA gene sequences. 22 Vietnamese and 6 German cyanobacterial strains were screened for their antifungal activity using the agar diffusion assay. Among them, the MeOH/water extract from the biomass obtained from a laboratory culture of strain Bio 33, isolated from the Baltic Sea near Rügen Island, exhibited a specific antifungal activity against Candida maltosa and others human pathogenous fungi such as Candida albicans, Candida krusei, Aspergillus fumigatus, Microsporum gypseum, Trichophyton rubrum and Mucor sp. Besides, it was very impressed that extracts of strain Bio 33 showed no antibacterial activity against Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, and Staphylococcus aureus. The taxonomy basing on 16S rRNA gene sequence of the axenic Bio 33 identified this strain as Anabaena cylindrica species. As a result of the bioassay-guided fractionation of the crude MeOH/water extract, four new lipopeptides, named balticidins A – D, were isolated. These lipopeptides represent a new structural type with the co-occurrence of a glycosylated cyclic peptide, a fatty acid containing chlorine and a disaccharide moiety. The main active fraction isolated from the MeOH/water extract of the biomass of Bio 33 which contains the four lipopeptides exhibited only marginal cytotoxic activity against the human bladder carcinoma cell line 5637 (IC50 = 93 μg/ml). The weak cytotoxic activity and the absence of antibacterial effects in the used in vitro test systems opens a promising future for further investigations to clarify the antifungal mechanism and for in vivo applications of the new lipopeptides. Different media, temperature, light intensity and period of irradiance, the depletion of nitrate and the trace element cobalt were investigated to figure out conditions at which Bio 33 produces maximum of balticidins under laboratory conditions. Temperature was the most apparent factor influencing the growth of Bio 33 and the production of balticidins. Bio 33 grew best in BG 11 medium plus 0.5% NaCl at 26°C, under white fluorescent continuous light and a light intensity of 20 μmol photons m-2 s-1. Nevertheless, under the same conditions, 22.5°C was the best temperature for the production of balticidins. Besides, harvesting of Bio 33 during the logarithmic growth phase, particularly at 20th day, should supply approximately maximum quantity of balticidins. At 22.5°C and 20 μmol photons m-2 s-1 under 24 h continuous irradiance, the depletion of nitrate had no negative effect on the growth and concentration of balticidin A but increased balticidin B and decreased balticidin C; the absence of cobalt slightly decreased the growth but had no clear effect on the production of balticidins. On the other hand, extracts of the culture medium of the Vietnamese cyanobacterium TVN40, exhibited antifungal activity against Candida maltosa and weak antibacterial activity. Extraction of the culture medium with XAD-16 and elution of the XAD-bounded compounds by different solvents resulted in five fractions (water, 80% MeOH, 100% MeOH, acetone, dichloromethan). Four compounds have been isolated from the 80% MeOH fraction and one was identified as a dioxindole derivative. Structural elucidation of the other three compounds is still in progress. TVN40 was formerly identified as an Anabaena sp. according to the morphological properties, but the 16S rRNA gene sequence confirms that the strain belongs to the genus Nostoc. Microscopic examination of TVN40 revealed that the filamentous strain was not a unialgal but a mixed culture with strange round cells (SRCs) - a unicellular cyanobacterium belonging to the order Chroococcales. Laboratory cultures of the pure filamentous strain TVN40, the isolated SRCs and the mixed culture of both strains were established. Both TVN40 and SRC culture media were responsible for the antibacterial activity against B. subtilis, S. aureus and E. coli. However, only the extract of the culture medium of TVN40 was active against C. maltosa. The supplement of cobalt enhanced the antimicrobial activity of the culture medium. Pure strains showed higher activity in comparison to the mixed culture of TVN40 and SRC.
Non-thermal atmospheric pressure plasma has drawn more and more attention to the field of wound healing research during the last two decades. It is characterized by a unique composition, which includes amongst others free radicals, ions and electrons. Furthermore, non-thermal plasma exhibits temperatures that are below those inducing thermal cell damage. Next to its well-established anti-bacterial properties, plasma can have lethal as well as stimulating effects on mammalian cells. Therefore, the medical application of non-thermal plasma on chronic wounds seems to be a promising tool to enable healing processes. However, less is known about the plasma-mediated induction of intracellular signaling pathways in human immune cells, which play a leading part in the process of wound recovery and removal of pathogens. Therefore, this thesis examined the cellular effects of a non-thermal atmospheric pressure plasma treatment on human immune cells using the argon plasma jet kinpen 09. Here, the CD4+ T helper cell line Jurkat, the monocyte cell line THP-1 as well as the corresponding primary cells were investigated. First, cell survival and apoptosis induction was assessed in response to non-thermal plasma treatment by growth curves and flow cytometric assays. On the one hand it could be shown that primary cells are more susceptible to plasma treatment than the respective cell lines. On the other hand, monocytes responded less sensitive to plasma exposure than lymphocytes. Furthermore, this thesis outlined the impact of non-thermal plasma treatment on the gene expression level of immune cells. Therefore, DNA microarray analysis was performed with the cell lines Jurkat and THP-1. It became obvious that plasma exposure modulated the expression of several genes in both cell types. Differential expression of distinct target genes was further validated by quantitative PCR in the immune cell lines. Here, elevated gene expression levels of JUN and FOS in Jurkat cells and increased transcription of JUND in THP-1 cells in response to plasma treatment were made visible. JUN, FOS and JUND are components of the transcription factor AP-1, which is involved amongst others in gene expression of IL-8 and HMOX-1. Consequently, transcriptional induction of the inflammatory cytokine IL-8 as well as the enzymes HMOX-1 and GSR was detected in plasma-treated THP-1 cells. In addition, alterations in the protein activation levels were analyzed in plasma-treated Jurkat, THP-1 cells and primary monocytes. Since some of the identified target genes are known to be associated with the MAPK pathways, the regulation of these cascades was further investigated by western blot analysis. In all investigated cell types the pro-proliferative signaling molecules ERK 1/2 and MEK 1/2 as well as the pro-apoptotic signaling proteins p38 MAPK and JNK 1/2 were activated in a plasma treatment time dependent manner. In contrast to Jurkat and primary monocytes, the anti-apoptotic HSP27 was only induced in THP-1 cells in response to plasma exposure. Moreover, modulation of cytokine production and secretion was examined in the different immune cell types and co-cultured THP-1 and HaCaT keratinocytes by ELISA or flow cytometry. While Jurkat cells showed no plasma-mediated regulation of cytokine expression, THP-1 cells revealed an increased IL-8 secretion after long plasma time duration (360 s). Additionally, the intracellular expression levels of IL-6 and IL-8 were modulated in primary monocytes by plasma exposure. While short plasma treatment caused no alteration of the number of cells expressing IL-8 an up-regulation of the intracellular IL-6 level occurred after 30 s of plasma treatment. Long plasma treatment times resulted in a significant decrease of the intracellular IL-8 and IL-6 production levels. Furthermore, co-cultured THP-1 and HaCaT cells as well as mono-cultured THP-1 and HaCaT cells were examined regarding their cytokine secretion profile. Here, cells treated with plasma (180 s) as well as LPS and plasma (180 s and LPS) were compared with untreated cells. IL-6, IL-8 and GM-CSF secretion was induced by both plasma and plasma combined with LPS treatment in mono-cultivated HaCaT cells and co-cultured cells. Though, the highest cytokine secretion levels were reached in the plasma and LPS exposed co-culture. In contrast, mono-cultivated THP-1 cells only showed an increased secretion of IL-6, IL-8 and TNFa after incubation with plasma together with LPS exposed medium. In conclusion, this study revealed for the first time the non-thermal plasma-modulated expression of numerous genes and cytokines and the activation state of various signaling cascades in human immune cells. Thus, it contributes to gain a better understanding of the immune-modulatory impacts of plasma that might promote the wound healing process.
Einleitung: Es gibt derzeit zwei anerkannte Therapieoptionen des Typ-1-Diabetes mellitus bei Kindern und Jugendlichen. Diese sind die konventionelle Injektionstherapie und die subkutane Insulinpumpentherapie. Ziel dieser Arbeit ist der Vergleich dieser beiden Therapieformen hinsichtlich der Therapiesicherheit und der Effektivität der metabolischen Einstellung bei Kindern und Jugendlichen in stationärer Rehabilitationsbehandlung. Patienten und Methoden: Eingeschlossen in diese Untersuchung wurden alle Kinder und Jugendlichen (n = 901, 52 % Mädchen, Alter 11,5 ± 4,0 Jahre, Diabetesdauer 4,0 ± 3,6 Jahre, HbA1c 8,61 ± 2,12 %), die im Zeitraum zwischen dem 01.04.2004 und dem 31.10.2010 in Rehabilitationsbehandlung im Inselklinikum Heringsdorf aufgenommen waren. Ergebnisse: Zum Zeitpunkt der Aufnahme werden 707 Patienten mit intensivierter Injektionstherapie und 194 mittels Insulinpumpe behandelt. 10 % der Kinder (n = 92) waren im Vorschulalter (< 6 Jahre), 26 % (n = 232) im Grundschulalter (≥ 6 < 11 Jahre), 49 % (n = 443) im Pubertätsalter (≥ 11 < 16 Jahre) und 15 % (n = 134) waren postpubertär (≥ 16 Jahre). Kinder und Jugendliche mit CSII hatten eine längere Diabetesdauer (5,3 ± 3,7 vs. 3,6 ± 3,5 Jahre, p < 0,01) bei vergleichbarem HbA1c (8,35 ± 1,71 vs. 8,72 ± 2,26 %, p = 0,09), niedrigeren postprandialen Blutglukosewerten (10,0 ± 3,0 vs. 12,2 ± 3,3 mmol/l, p = 0,03), einer vergleichbaren mittleren Blutglukoseschwankungsamplitude (9,8 ± 3,2 vs. 9,4 ± 3,4 mmol/l, p = 0,22) und einer höheren Zahl von Blutglukoseselbstkontrollen (45,4 ± 13,3 ± 38,2 ± 11,5 Selbstkontrollen/Woche, p < 0,01). In der multivariaten Analyse ergab sich die Blutglukoseschwankungsamplitude als wichtigster mit dem HbA1c assoziierter Parameter (ICT-Gruppe R-square = 0,372, ß = 0,184, p < 0,01, CSII-Gruppe: R-square = 0,313, ß = 0,241, p < 0,01). Das Auftreten an Hypoglykämien in der ICT-Gruppe (R-square = 0,09) ist assoziiert mit der Anzahl an Blutglukoseselbstkontrollen (β=0,17, p<0,01), dem HbA1c (β= - 0,12, p<0,01), der Blutglukoseschwankungsamplitude (β=0,08, p=0,04) sowie der Diabetesdauer (β= -0,1, p<0,01). Dementgegen besteht in der CSII-Gruppe (R-square = 0,06) eine negative Assoziation mit der Diabetesdauer (β= - 0,251, p<0,01). Schlussfolgerungen: Kinder und Jugendliche mit Typ-1-Diabetes mellitus werden besonders häufig im Pubertätsalter zur stationären Rehabilitation eingewiesen. Gerade hier benötigen viele Jugendliche zur optimalen Stoffwechseleinstellung und psychosozialen Teilhabe besondere Unterstützung (Empowerment, strukturierte Behandlung und Schulung). In Zusammenschau aller Altersgruppen zeigen die untersuchten metabolischen Parameter zwischen beiden Therapiegruppen einen vergleichbaren Therapieerfolg (HbA1c und Blutglukoseschwankungsamplitude) und keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Therapiesicherheit (Anzahl an Hypoglykämien). Hinsichtlich zukünftiger Ansatzpunkte für eine weitere Verbesserung der metabolischen Kontrolle wäre eine Verringerung der Blutglukoseschwankungsamplitude ein lohnenswertes Ziel.
Die sonographische Diagnostik nimmt in vielen Bereichen der Medizin einen hohen Stellenwert ein. Durch den technischen Fortschritt können heutzutage auch die peripheren Nerven inklusive verschiedenster pathologischer Veränderungen dargestellt werden. Die Messung der Nervenquerschnittsfläche (nerve cross sectional area = NCSA) im transversalen Bild hat sich in vielen Studien als geeigneter Parameter zur Beurteilung bzw. zum Vergleich des Nervenkalibers herausgestellt. Polyneuropathien (PNP) sind Erkrankungen des peripheren Nervensystems. Man differenziert zwischen primär demyelinisierenden, axonalen sowie gemischten PNP. Ätiologisch lassen sich u. a. metabolische, toxische und immunologische PNP unterscheiden. In den bisher publizierten Studien zur Sonographie bei PNP konnte beobachtet werden, dass besonders demyelinisierende PNP zu einer Vergrößerung der NCSA führen. Informationen zum sonographischen Erscheinungsbild der in der Gesellschaft häufigen PNP (diabetisch, Alkohol assoziierte, PNP bei Vitamin B12 Defizit) sind jedoch bisher limitiert. In der vorliegenden explorativen Pilotstudie wurde geprüft, ob die NCSA bei PNP größer ist als bei gesunden Nerven und ob Zusammenhänge zwischen der NCSA und dem Schädigungstyp, der Ätiologie oder dem elektrophysiologisch bestimmten Schweregrad bestehen. Um diese Fragestellungen zu beantworten, wurde die NCSA an insgesamt 12 fest definierten, außerhalb physiologischer Engpassstellen liegenden, Messpositionen unterschiedlicher Nerven (N. medianus, N. ulnaris, N. tibialis, Spinalwurzel C6 / C7, Trunci des Plexus brachialis) bestimmt. Die Reliabilität der Ergebnisse wurde bei 5 Probanden durch eine Wiederholung der Messungen im Abstand von mehr als 24 h geprüft. Dabei konnte gezeigt werden, dass eine gute Reproduzierbarkeit der Messungen besteht, da bei sämtlichen Messpunkten, ausgenommen dem Truncus inferior, ein Variationskoeffizienten von weniger als 20 % vorgelegen hat. Die Untersuchung bei 27 gesunden Probanden ergab, dass keine Abhängigkeit der NCSA von der Körperseite besteht, sodass der Untersuchungsumfang bei den 56 Patienten mit elektrophysiologisch gesicherten PNP auf eine Körperseite reduziert werden konnte. Die wichtigsten Ergebnisse der Studie sind, dass Patienten mit PNP größere NCSA aufweisen als Gesunde. Die Verdickung der Nerven ist sowohl in proximalen als auch in distalen Abschnitten nachweisbar und ist sowohl bei demyelinisierenden als auch bei axonalen PNP vorhanden. Die vorliegende Arbeit liefert weiterhin Hinweise dafür, dass demyelinisierende PNP eine deutlichere Vergrößerung der NCSA aufweisen als primär axonale Schädigungen und dass sie sich dadurch sonographisch voneinander unterscheiden. Außerdem ist die NCSA bei immunvermittelten Neuropathien wie dem GBS, der CIDP und den paraproteinämischen PNP besonders in den proximalen Abschnitten größer als bei PNP anderer Ätiologie. Eine Assoziation zwischen dem Schweregrad und der NCSA konnte nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stehen im Einklang mit dem Grundtenor der Literatur. Anzumerken ist jedoch, dass die bisherigen Publikationen überwiegend Einzelvergleiche beinhalten, in denen meist immunvermittelte PNP im Fokus stehen, oder dass sie sich häufig auf die oberflächlicher gelegenen Nerven der oberen Extremitäten beschränkt haben. Stärken der vorliegenden Studie sind die Vielfältigkeit der ausgewählten Nervensegmente und der Verzicht auf Messungen an Engpassstellen sowie die Mannigfaltigkeit der verglichenen Ätiologien. Ein limitierender Faktor der vorliegenden Studie ist die nicht immer gewährleistete Verblindung des Untersuchers bezüglich der Ätiologien und die teilweise geringen Subgruppengrößen. Aus diesem Grund wurde die vorliegende Studie als explorative Pilotstudie angelegt, mit dem Ziel, Hypothesen zu generieren und die Berechnung eines Stichprobenumfangs zukünftiger konfirmatorischer Studien zu ermöglichen, an Hand derer dann mit ausreichender statistischer Trennschärfe (Power) die aufgestellten Hypothesen überprüft werden können.
Untersuchungen zur Phytochemie und zur biologischen Aktivität von Pittosporum angustifolium Lodd.
(2014)
Pittosporum angustifolium Lodd. (Pittosporaceae) ist ein kleiner Baum, welcher ursprünglich in Australien beheimatet ist, wo er in den meisten inländischen Gebieten zwar zerstreut, aber lokal nie gehäuft vorkommt. Von dieser Spezies, welche oft auch mit der Trivialbezeichnung „Gumby Gumby” betitelt wird, werden im Bereich der Ethnomedizin Zubereitungen für verschiedenste Indikationsbereiche wie Schmerzen, Krämpfe, Erkältungen oder Hauterkrankungen verwendet. Auch in der Komplementärmedizin werden Präparationen dieser Pflanze als Additivum bei malignen Erkrankungen eingesetzt. Zielstellung der vorliegenden Dissertation war eine exakte Charakterisierung der Phytochemie von Pittosporum angustifolium sowie eine Untersuchung von Extrakten, Fraktionen und Isolaten auf deren biologische Aktivitäten. Neben zwei grundlegenden Diplomarbeiten [35,36] lagen zu Beginn dieser Arbeit (Januar 2010) keinerlei wissenschaftliche Publikationen diesbezüglich vor. Im Rahmen der Untersuchungen zur Phytochemie wurden aus australischem Drogenmaterial (Blätter und Samen) sowie aus selbstgezogenen Pflanzen (Blätter) insgesamt 55 Triterpensaponine isoliert. Von diesen konnten 33 vollständig und fünf teilweise strukturell aufgeklärt werden, wobei 29 Verbindungen, welche als Pittangretoside A-Z und A1-C1 bezeichnet wurden, erstmalig als Naturstoffe beschrieben werden konnten. Hierbei handelt es sich um Aglyka vom Oleanan-, 17,22 seco Oleanolsäure- und Taraxasterol-Typ, welche mono- oder bisdesmosidisch vorliegen. Zwischen den verwendeten Drogen-Chargen konnten sowohl quali- als auch quantitative Unterschiede hinsichtlich der Phytochemie festgestellt werden. In allen untersuchten Pflanzenteilen (Blatt, Samen, Spross, Wurzel) wurden Triterpensaponine nachgewiesen. Von weiteren 13 isolierten Polyphenolen konnten drei als glykosylierte Flavonole und weitere drei als Derivate von mit Kaffeesäure substituierter Chinasäure identifiziert werden. Es handelt sich hierbei um bekannte Verbindungen. Über weitere Bestimmungen konnten Fettsäuren sowie als Bestandteile des ätherischen Öls Mono- und Sesquiterpene sowie C13 Isoprenoide bestimmt werden. Über verschiedene Testsysteme und Assays wurden Überprüfungen hinsichtlich biologischer Aktivitäten der Polyphenole und insbesondere der Triterpensaponine durchgeführt. Für letztere konnten über Agardiffusionstests antimikrobielle Wirkungen gegen mehrere Candida Arten, hämolytische und gegen mehrere tumorigene Zelllinien zytotoxische Effekte nachgewiesen werden. Weiterhin wurde eine Hemmung der humanen Topoisomerase I belegt. Alle beobachteten Aktivitäten sind an strukturelle Voraussetzungen der Triterpensaponine wie das Acylierungsmuster und die Zuckerverknüpfung gebunden. Hierzu konnten interessante Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet werden. So scheint für viele der gezeigten biologischen Effekte eine Acylierung mit hauptsächlich C5-Resten an Position C-22 bzw. C-21 und C-22 des Aglykons essentiell zu sein, während sich Verbindungen mit fehlender oder an C-28 vorhandener Acylierung in den durchgeführten Untersuchungen als vergleichsweise schwächer oder nicht aktiv erwiesen. Unterschiedliche Zuckerkompositionen zeigten hierbei einen abschwächenden oder verstärkenden Einfluss. Für die isolierten Polyphenole wurde eine antioxidative Aktivität nachgewiesen. Zusätzlich ergaben sich Hinweise auf eine mögliche Induktion von IL8 durch den Rohextrakt der australischen Blattdroge. Eine Überprüfung von Saponinen und Polyphenolen via NMDA-Rezeptor- und Cholinesterase-Inhibitionsassay erbrachte keinen Anhaltspunkt für eine antidementive Wirkung. Ebenso konnte kein Nachweis für eine antiphlogistische Wirkung (Bestimmung von TNFalpha) und für die Beeinflussung weiterer Zytokine (IL1beta und IL10) erbracht werden. Über einige dieser Ergebnisse lassen sich Anwendungsbebiete im Bereich der Komplementärmedizin wie z. B. bei malignen Erkrankungen erklären. Für andere ethnomedizinische Indikationen konnten aufgrund nicht zur Verfügung stehender oder nicht adequater Testsysteme keine abschließenden, beurteilenden Aussagen getroffen werden.
Trotz stetig aktualisierter Empfehlungen und Kursangebote internationaler kardiologischer Kompetenzausschüsse bleibt die Strahlenexposition in der invasiven Kardiologie unverändert beträchtlich und birgt deterministische wie stochastische Risiken: das mediane Dosisflächenprodukt (DFP) diagnostischer Koronarangiographien (KA) und isolierter perkutaner Koronarinterventionen (PCI) beträgt in Deutschland derzeit 19,8 bzw. 35,4 Gy × cm2, entsprechend einer effektiven Dosis (ED) von 4,0 bzw. 7,1 mSv. Ziel dieser Arbeit war – nach Rohdaten-Standardisierung auf Medianwerte und interquartilen Bereich – die Analyse dosisreduzierender Optimierungen der Arbeitstechnik eines Untersuchers von 1997–2011 im Verlauf einer KA. Zudem untersuchten wir in einer Pilotstudie an 200 Patienten (in Analogie zur prospektiv EKG-getriggerten Mehrschicht-Computertomographie) die neue Methode EKG-getriggerter invasiver KA hinsichtlich Durchführbarkeit, Strahlenexposition und Kontrastmittelverbrauch: bei 77% des RR-Intervalls, unmittelbar vor Vorhofkontraktion, erfolgte die diastolische Akquisition nur eines radiographischen Bildes/Herzzyklus. Methodisch dokumentiert wurden vielfältige Einflussparameter der Strahlenexposition: DFP, radiographischer (DFPR) und fluoroskopischer (DFPF) Anteil, Pulsung, Empfängereingangsdosis (EED), Durchleuchtungszeit und Bilder-/Serienanzahl. DFPR/Bild und DFPF/Sekunde gaben Hinweise auf Einblendung und Dosisintensität. Die iterative Optimierung wesentlicher interventioneller und technischer Parameter – Radiographie-/Fluoroskopiezeit, Einblendung, EED, herzfrequenzadaptierte Pulsung, strahlenreduzierende Angulationen – erlaubten einem erfahrenen Untersucher an einer modernen Herzkatheteranlage eine Reduktion des medianen Patienten-DFP einer KA auf 2,4 Gy × cm2. Aufgrund einer DFPR-Fraktion ≥ 70 % erwies sich jegliche Optimierung eines Einflussparameters unter Radiographie deutlich dosiseffizienter als unter Fluoroskopie. In einem nach Gewicht und Herzfrequenz nicht selektionierten Patientengut war die modifizierte Technik der prospektiv EKG-getriggerten KA im klinischen Alltag sicher durchführbar, benötigte bei vergleichbarer Kontrastmittelmenge, Durchleuchtungszeit und Einzelbildauflösung nur 25 Bilder, und ermöglichte mediane Werte für das DFP von 0.64 Gy × cm2, für die ED von 0.13 mSv und für die Hauteingangsdosis von 17 mGy. Zusammenfassend erlaubt das vorgestellte Datenmaterial Interventionalisten einen Einblick in die Effizienz unterschiedlicher dosisreduzierender Strategien und mittels Dokumentation relevanter Parameter eine individuelle Standortbestimmung sowie Autonomie in Kontrolle und Training strahlenreduzierender Arbeitsweise. Zum Zweck stochastischer Risikominimierung bietet sich insbesondere bei jungen Patienten die prospektiv EKG-getriggerte KA als verantwortbare Alternative an.
In summary, the transcriptome data demonstrated that acute RAP for 7h induces significant changes in the expression of several left atrial genes, including those reflecting ANG II-mediated oxidative stress, tissue remodeling, and energy depletion. Furthermore, the results from the dronedarone study demonstrated that this drug is capable of attenuating most of RAP-induced changes in oxidative stress-related gene expression. Accordingly, the haemodynamic parameters also showed that dronedarone reduced RAP-induced microvascular flow abnormalities. This view is supported by the observation that in the used porcine model of acute AF, dronedarone decreased RAP-dependent PKC phosphorylation, NADPH isoform expression, F2-isoprostane release and IκBα phosphorylation. Additionally, the results of the irbesartan study indicate that ET-1 contributes to AF-dependent atrial fibrosis by synergistic activity with ANG-II to stimulate SGK1 expression and enhance phosphorylation of the SGK1 protein which, in turn, induces CTGF. The latter has been consistently associated with tissue fibrosis. In support of this view, in vitro analyses using HL-1 cells verified CTGF induction after short episodes of RAP and additionally in response to exogenous addition of ET-1. Accordingly, irbesartan was shown to attenuate most of the RAP-dependent changes in atrial or ventricular gene expression.
Intensivstationen sind für den Erhalt des Menschenlebens in bestimmten Situationen unabdingbar und haben als bedeutsames Konzept der klinischen Medizin des 20. Jahrhunderts zu einer erheblichen Reduktion der perioperativen Morbidität und Mortalität geführt. Viele Patienten sind oft infolge ihres prekären Gesundheitszustands, mitunter aber auch durch die intensivmedizinische Behandlung selbst, nicht zu adäquater Kommunikation fähig. Entscheidungen, die im Rahmen dieser Therapie getroffen werden müssen, stellen für Ärzte und Angehörige eine große Belastung dar, sofern diese nicht über den Willen des Patienten im Bilde sind. Um Anhaltspunkte zu Kommunikationsunterschieden bei Angehörigen von Patienten mit bevorstehenden elektiven Eingriffen und nachfolgendem intensivmedizinischem Aufenthalt zu gewinnen, wurde mittels eines selbst erstellten Fragebogens eine Multicenterstudie in fünf deutschen Kliniken durchgeführt. Insgesamt wurden 89 Fragebögen der anonymen, explorativen Studie zur Auswertung herangezogen. Herausgearbeitet wurde, ob Patientenverfügungen sowie unterschiedliche soziodemografische Hintergründe Kommunikationsunterschiede bedingen. Zusätzlich wurden Angehörige zum Erleben auf der Intensivstation und zu ihrer Einschätzung der Situation des Patienten befragt. Hieraus können Handlungsempfehlungen für das medizinische Personal abgeleitet werden, die auf eine Verbesserung der Beziehungen zu Angehörigen im intensivmedizinischen Alltag abzielen. Die Auswertung des ersten Fragekomplexes zeigte, dass soziodemografische Unterschiede keinen Einfluss auf die Kommunikation zwischen Patienten und Angehörigen im Vorfeld einer Operation haben, häufige Gespräche jedoch beiderseits zu vermehrten Ängsten führen können. Gleichzeitig scheinen Ängste zusätzlichen Gesprächsbedarf zu fördern. Der zweite Teil der Studie belegt, dass eine vorhandene Patientenverfügung ursächlich für eine vermehrte mündliche Kommunikation ist. Allerdings haben laut Umfrage nur 30,7 % aller Patienten eine solche verfasst. Der starke Anstieg an Verfügungen in den Jahren 2010 und 2011 von über 50 %, der zeitlich mit einer Gesetzesänderung durch den Bundesgerichtshof zusammenfällt, weist auf ein größeres öffentliches Bewusstsein hinsichtlich der Wichtigkeit dieses Themas hin, das in Zukunft für einen weiteren Anstieg an Verfügungen verantwortlich sein könnte. Dies wäre in weiteren Studien zu überprüfen und gibt Hoffnung auf eine noch steigende Bereitschaft zur Erstellung von Patientenverfügungen. Durch den dritten Teil des Fragebogens konnte gezeigt werden, dass vor allem Angehörige, weniger aber die Patienten selbst, Angst vor dem Tod durch Komplikationen im Zuge der Operation haben. Erstere scheinen umso mehr Angst zu haben, den Verpflichtungen einer Patientenverfügung nachzukommen, je weniger sie sich insgesamt den psychologischen Belastungen im Rahmen des Eingriffs gewachsen fühlen. Gleichwohl ist das vermehrte Gespräch mit dem Patienten über mögliche Komplikationen ein Maß für das Verpflichtungsgefühl der Angehörigen, einer Patientenverfügung Folge zu leisten. Die Akzeptanz und das Verstehen von Inhalten der Patientenverfügung stellt für Angehörige somit ein wichtiges kommunikatives Element in der Bewältigung der Stresssituation auf der Intensivstation dar, was zudem durch eine empathische Betreuung vonseiten des Klinikpersonals unterstützt wird. Obwohl sich 65,6 % der Angehörigen mit der Betreuung auf der Intensivstation zufrieden zeigten, ergab die Umfrage auch, dass ihnen hier teilweise Einfühlungsvermögen, Menschlichkeit und Zuneigung fehlten. Diesen Merkmalen ist demnach in der Kommunikation im Spannungsfeld zwischen medizinischer Präzision und menschlicher Verbundenheit ein hoher Stellenwert einzuräumen. Hierfür können zusätzliche Informationsbroschüren und eine konzentrierte Aufklärung durch einen Verantwortlichen hilfreich sein. Eine weiterführende Studie könnte im konkreten Kontext der Intensivstation ausgewählte Kommunikationsstrategien im Beziehungsraum von Klinikpersonal, Patienten und Angehörigen beleuchten und deren Auswirkungen auf den Heilungsprozess untersuchen.
Etablierung neuer Modelle der Expressionsminderung zur funktionellen Analyse des (Pro)Reninrezeptors
(2014)
Im Rahmen der Promotionsarbeit wurden Modelle der Expressionsminderung für In-vitro-Studien zur Wirkung des (Pro)Renin-Rezeptors ((P)RR) etabliert und Analysen hinsichtlich möglicher Effekte auf pH-Werte in Organellen im Vergleich zu den Effekten des spezifischen V-ATPase-Blockers Bafilomycin A durchgeführt. Einerseits erfolgte ein induzierter Knock-out mittels Cre/loxP-System bei embryonalen Fibroblasten der Maus (MEF), andererseits wurde als mildere Alternative eines konsequenten Knock-out eine transiente Downregulation mittels siRNA smart Pool bei Renin sezernierenden As4.1-Zellen durchgeführt. Anhand beider Modelle konnte nachgewiesen werden, dass sich eine Expressionsminderung des (P)RR sowie ein V-ATPase-Block mittels Bafilomycin A1 negativ auf das Zellüberleben und auf die Proliferation der Zellen auswirkte. Bei den (P)RR-Knock-out-MEF kam es zu keinen pH-Wert-Veränderungen, während unter der Behandlung mit Bafilomycin A1 als Ursache für das Zellsterben eine eindeutige pH-Wert-Erhöhung in späten Endosomen und Lysosomen ausgemacht werden konnte. Sekretionsanalysen zur basalen Renin- und Proreninfreisetzung und Analysen zum jeweiligen Proteingehalt der As4.1-Zellen zeigten in den (P)RR-Knock-down-Zellen keine Veränderungen. Nur der spezifische Block der V-ATPasen mittels Bafilomycin A führte zu einer gesteigerten Rate der basalen Reninfreisetzung. Untersuchungen saurer Organellen der As4.1-Zellen ergaben hingegen interessante Ergebnisse: Während ein V-ATPase-Block erwartungsgemäß zu einer geringen Fluoreszenzintensität der pH-sensitiven Farbstoffe Lysosensor und Lysotracker führte, nahm die Intensität in (P)RR-Knock-down-Zellen überraschenderweise zu. Aus diesem gegensinnigen Effekt ließe sich die Hypothese ableiten, der (P)RR sei ein natürlicher Inhibitor der V-ATPase. Die direkte Interaktion beider Proteine und die Hemmung der V-ATPase-Aktivität durch den (P)RR/ATP6ap2 bleiben jedoch durch funktionelle Analysen zu überprüfen. Die Arbeit trägt mit der Etablierung neuer Modelle der (P)RR-Depletion sowie mit den Daten zu pH-Werten in Organellen zur Aufklärung der Wirkungen des (Pro)Renin-Rezeptors bei.
Das initiale Symptom der pulmonalen Hypertonie (PH), Dyspnoe, tritt häufig nur unter Belastung auf und wird daher verkannt. Es vergehen ein bis vier Jahre bis zur Diagnosestellung. Der diagnostische Algorithmus bei Verdacht auf PH umfasst sowohl nichtinvasive als auch invasive Funktionsuntersuchungen. In der Rechtsherzkatheteruntersuchung (RHK) wird die Ruhehämodynamik im Liegen erfasst, die maßgebend für Diagnose, Klassifikation, Therapie und Prognose der PH ist. Die RHK mit spiroergometrischer Belastung (RHK-CPET) zählt nicht zur Basisdiagnostik der PH, liefert aber zusätzliche Informationen über den Schweregrad der Erkrankung, sowie deren limitierender Kofaktoren. Bisher existieren weder internationale noch nationale Leitlinien zum Ablauf einer RHK-CPET. In der vorliegenden Arbeit wurden die Daten von 80 Belast-RHK retrospektiv ausgewertet, die im Rahmen der PH-Erstdiagnostik an der Klinik für Innere Medizin B von Juni 2006 bis Juni 2010 durchgeführt worden sind. Neben der Deskription des untersuchten Patientenkollektivs sollte die Ruhe- und Belastungshämodynamik bei Patienten mit PH näher betrachtet werden. Es konnten keine signifikanten Unterschiede des mittleren Pulmonalarteriendrucks (PAPm), präkapillären Verschlussdrucks (PCWP), rechtsatrialen Drucks (RAP) und transpulmonalen Gradienten (TPG) zwischen liegender und halbliegender Position festgestellt werden. In allen anderen Belastungsabschnitten waren die oben genannten Parameter, sowie das Herzminutenvolumen (HZV) in der PH-Gruppe statistisch signifikant ansteigend. Lediglich der pulmonal vaskuläre Widerstand (PVR) wies keine statistisch signifikante Erhöhung auf. Der mittlere PAPm/HZV-Slope der PH-Gruppe betrug 9,4 mmHg pro L/min (1,6 mmHg pro L/min bis 42,6 mmHg pro L/min). Innerhalb der PH-Gruppe war eine statistisch signifikante Korrelation von PAPm/HZV-Slope und HZV, Herzindex (CI) und PVR nachweisbar. Individuelle Aussagen bezüglich der Höhe des PAPm/HZV-Slopes und der prognostischen Ruheparameter lassen sich allerdings anhand des untersuchten Patientenkollektivs nicht treffen. Der Vergleich der HZV-Messmethoden, Thermodilutionsmethode und Fick´sches Prinzip, zeigte eine moderate bis hohe Korrelation bei PH-Patienten ohne PFO. Sowohl die Spitzensauerstoffaufnahme als auch die Leistungsfähigkeit waren in der CPET höher als in der RHK-CPET. Die RHK-CPET ermöglicht die Beurteilung der hämodynamischen Veränderung unter Belastung durch simultane Erfassung sowohl invasiver als auch nichtinvasiver Parameter. Daher besitzt die RHK-CPET als diagnostisches Untersuchungsverfahren einen besonderen Stellenwert in der Aufdeckung individueller belastungslimitierender Faktoren. Zukünftige Studien sind notwendig, um die physiologische als auch pathologische pulmonale Belastungsantwort zu untersuchen und zu verstehen. Voraussetzung hierfür ist die Etablierung evidenzbasierter Leitlinien zur Durchführung, um eine Vergleichbarkeit der RHK-CPET zu erreichen.
Unfälle im Straßenverkehr sind die führende Todesursache bei jungen Erwachsenen. Junge Verkehrsteilnehmer sind überproportional häufig in der Unfallstatistik vertreten. Die Zahl dieser Unfalltoten zu reduzieren ist das Ziel von zu etablierenden oder bereits etablierten Verkehrssicherheitsmaßnahmen. Der Nutzen und der Impact hängen im hohen Maße von der Akzeptanz und dem Verständnis der Maßnahmen durch den Verkehrsteilnehmer ab. Besonders fahrzeugbasierte Sicherheitsmaßnahmen muss der Verkehrsteilnehmer selbst finanzieren und anwenden. Die Übertragung evident wirksamer Sicherheitsmaßnahmen „in die Köpfe“ der Menschen ist der Schlüssel zur erhöhten Wirksamkeit einer Maßnahme. In der vorliegenden Untersuchung wurden Studenten im Alter zwischen 18 und 30 Jahren der Fachhochschule Stralsund und der Ernst-Moritz-Arndt Universität Greifswald befragt. Neben demographischen Angaben und dem Motorisierungsstatus wurden die Bewertungen verschiedener Verkehrssicherheitsmaßnahmen hinsichtlich deren Potentials zur Reduktion von Verkehrsunfällen mit Personenschaden untersucht. Des Weiteren wurde die Präferenz einzelner fahrzeugbasierter Sicherheitsmaßnahmen erfragt. Hierbei konnte festgestellt werden, dass die gefühlte Wirksamkeit weitestgehend unabhängig von der objektiven Wirksamkeit beurteilt wurde. Vielmehr wurden Verkehrssicherheitsmaßnahmen, die keine direkten Auswirkungen auf das persönliche Fahrverhalten haben, signifikant besser bewertet als Maßnahmen welche das eigene Fahrverhalten beeinflussen. Die Hochrisikogruppe von jungen, männlichen und motorisierten Fahrern bewertete Verkehrssicherheitsmaßnahmen konstant schlechter als die Vergleichsgruppe. Eine eindeutige altersabhängige Bewertung konnte nicht festgestellt werden. Um die weiterhin hohen Unfallzahlen zu senken muss der Verkehrsteilnehmer vom Nutzen von Verkehrssicherheitsmaßnahmen überzeugt und vermehrt über bestehende Risiken aufgeklärt werden. Besonders Social Marketing-Konzepte gilt es altersbezogen an die Hochrisikogruppe der jungen Fahrer anzupassen. Verkehrsteilnehmer müssen von evident wirksamen Maßnahmen überzeugt werden auch wenn diese sie in ihren persönlichen Freiheiten einschränken.
Ziel dieser Studie war es, zu untersuchen, wie sich die Mundgesundheit und der zahnmedizinische Therapiebedarf in Deutschland entwickeln werden. In der Arbeit wurden Projektionen zur Entwicklung der Morbidität, der Mundgesundheit und dem Therapiebedarf auf Grundlage der repräsentativen Daten aus den Deutschen Mundgesundheitsstudien III (1997) und IV (2005), den epidemiologischen Begleituntersuchungen zur Gruppenprophylaxe durch die DAJ (2004-2009), den Jahrbüchern der KZBV (2003-2010), den Zahlenberichten der PKV (2006-2011) sowie den Prognosen der Bevölkerungsentwicklung vom Bundesamt für Statistik [2006] vorgenommen. Die Auswertung der Resultate hat ergeben, dass der Trend zur Verbesserung der Mundgesundheit in den nächsten 20 Jahren weiter durch alle Bevölkerungsschichten voranschreiten wird. Am stärksten wird sich die Verbesserung der Mundgesundheit bei Kindern und Jugendlichen (0,3 DMFT bei 12-Jährigen im Jahr 2030) und am schwächsten bei der Risikogruppe der Senioren (22 DMFT) zeigen. Die Anzahl der fehlenden Zähne wird bei Erwachsenen und Senioren stark zurückgehen, besonders in der Basisgruppe der Senioren von 14,1 MT (1997) auf 3,1 (2030). Die Anzahl der gefüllten Zähne wird im Durchschnitt zumeist konstant bleiben. Während Kinder und vor allem die Basisgruppe der Erwachsenen mit 12,3 FT (1997) auf 10,1 (2030) eine Reduktion von Füllungen erleben werden, wird in der Risikogruppe der Erwachsenen und bei Senioren mit deutlich mehr Füllungen gerechnet, insbesondere da hier auch mehr Zähne in Zukunft vorhanden sein werden. Die Verbesserung der Mundgesundheit kann insgesamt zu einem Rückgang des Prothetikbedarfs und zugleich zu einer Verschiebung vom herausnehmbaren zum festsitzenden Zahnersatz führen.
Many ethicists consider the rule of nonmaleficence – Do no harm! – to be the most fundamental ethical rule and key to ethics. This rule is taken as the foundation of the present work. I argue that any entity, that can be harmed, ought to be morally considered. Only those entities can be harmed that are inherently goal-directed or striving – in other words, that possess a telos. The reason is that by constantly acting in ways to preserve their being and to prevent their own not-being, goal-directed entities express that they value their own good. To harm such a goal-directed entity therefore means to act against the values and the good of it. The argument so far supports ethical biocentrism, that is, the view that all living, goal-directed beings are harmable, possess interests, and are, thus, morally considerable, while non-living beings are not. Yet, I digress from classical biocentrism since I conclude, based on analysis of evolutionary and biological findings, that the locus of goal-directedness and potential harm is also, if not foremost, situated in genes. Within many species, individual organisms sacrifice themselves for the betterment of their descendants like in praying mantises where males sacrifice themselves and are eaten by the female during copulation. This shows that it is not necessarily the organism as an individual which follows its own interests and goals. Individual organisms are – to a high degree – “directed” by their genes. Even in highly developed animals, genes play a significant role in the goal-directedness of the individuals. An adult human organism, for example, consists of trillions of individual cells. However, all these cells are derived from a single cell – the fertilized egg. Each of our lives begins with a single cell that contains almost all information to finally form our functioning body. Where do all the instructions, the goal-directedness come from to finally form an adult organism if not from the genes contained in this first cell, the zygote? It is the genes of each zygote that contain a set of information for making the appropriate adult. Organisms are largely programmed to do everything necessary to stay in existence, to survive, and finally to pass on their genes successfully – either by reproducing or by helping close relatives that carry a similar set of genes. The main interests of genes lie in their continued existence. This necessitates reproduction since the gene-carrying organisms will inevitably die. Single genes, though, are difficult to morally consider directly since they perform entirely in and through individual organisms. Without the individual organisms, genes cannot survive. The good news for ethics is that the interests of genes and organism usually converge: individual organisms try to survive – as do their genes. In practice, it thus makes much more sense to give moral attention to entire organisms instead of single genes. An advantage of the gene-centric ethical theory proposed here is that the moral relevance of future generations and species can be “directly” justified: Since genes have an interest in their continued existence (in the form of identical copies), they would be harmed if future generations were doomed to inexistence. Within a species with many individuals, each gene is likely to be represented in many organisms. The smaller the gene pool of a species gets, the less likely is the existence of the same gene and, therefore, the less likely is the fulfillment of its fundamental interests. Hence, saving one of the last individuals of an endangered species would be ethically preferable to saving an individual of a populous species. Unfortunately, moral conflicts are abundant – not only concerning biodiversity conservation. We often have to choose between harming either entity A or entity B – for example in the daily questions of food and eating. In such cases, a strictly egalitarian theory (especially an egalitarian biocentric one) would be no real help and without any guiding power. Therefore, on a second level of morality, we have to include additional criteria that help to minimize the overall harm. For these criteria to be objective, universalizable, and thus moral ones, I apply a number of widely accepted ethical principles like the principle of proportionality, impartiality, self-defense, and universalizability. By recurring to these principles, I identify a set of morally relevant criteria for a fair resolution of moral conflict situations which help to minimize the overall harm done. The identified criteria are: (phylogenetic) nearness, endangerment, r- or K-selected species, evolutionary distinctiveness, ability to regrow and to regenerate, pain-susceptibility, and ecosystematic role. In sum, my gene-centric environmental ethical theory provides numerous reasons and arguments for biodiversity conservation – for protecting genes, organisms, species, and ecosystems alike – without neglecting the needs of humans.
Obwohl es einen hohen Bedarf an der quantitativen Evaluation von Daten aus der Diffusionstensor-Bildgebung (DTI) in der klinischen Forschung gibt, ist die methodische Anwendung Gegenstand beständiger Diskussion. Neben der fraktionalen Anisotropie (FA) findet der quantitative Vergleich zwischen den Hemisphären des menschlichen Gehirnes mit Hilfe der durch die Diffusionstensor-Traktographie (DTT) rekonstruierten Fasertrakte häufige Verwendung. Jedoch werden die für die Traktographie benötigten Parameter FA, die minimale Fasertraktlänge (LÄNGE) und der Winkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden Traktographieschritten (WINKEL) inkonsistent verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden 18 Kombinationen dieser Parameterschwellenwerte dahingehend getestet, inwiefern die jeweiligen Schwellenwerte das Traktographieergebnis beeinflussen. Hierzu wurde die Zahl der rekonstruierten Fasertrakte im hinteren Knie der Capsula Interna in beiden Hemisphären für die entsprechende Kombination ermittelt, um möglicherweise empfehlenswerte Schwellenwerte zu finden. In 14 Patienten im chronischen Zustand nach Schlaganfall mit unilateralen Läsionen im Pyramidaltrakt auf Höhe der Capsula Interna und wesentlichen motorischen Defiziten zeigte eine repeated-measures ANOVA eine signifikante Interaktion zwischen den Effekten von FA und WINKEL im Bezug auf den Lateralisationsindex LI der rekonstruierten Fasertrakte, F (2,9; 37,67) = 3,01, p = 0,044. Post-hoc t-Statistiken zeigten, dass diese Interaktion nahezu ausschließlich durch die FA angetrieben wurde und dass mit ansteigendem FA-Schwellenwert die Signifikanzen der enthaltenen Haupteffekte anstiegen. In 22 rechts-händigen, gesunden Probanden konnte keine signifikanten Interaktionen oder Haupteffekte gefunden werden. Die Kombinationen aus den Parameterschwellenwerten mit dem höchsten FA-Wert zeigten die höchste statistische Signifikanz. WINKEL und LÄNGE beeinflussten das Ergebnis nur bei einer sehr liberalen Einstellung, mit ausgesprochen kurzer Länge und großem Winkel. Zusammenfassend sollte die Diffusionstensor-Traktographie mit entsprechender Umsicht eingesetzt werden, da die Ergebnisse sehr stark von den eingestellten Parametern abhängig sind.
Late Quaternary evolution and carbon cycling of tropical peatlands in equatorial Southeast Asia
(2014)
Peatlands are an important component in the global carbon cycle as they act as both long-term sinks for carbon dioxide and significant sources for methane. Over the Holocene period (the past 11,700 years) continuous CO2 uptake by peat accumulation exceeded methane emissions in northern peatlands and resulted in a net-radiative cooling effect on the global climate.Although 11% of the global peatland area is located in the tropics, the role of tropical peatlands in the global carbon cycle and in influencing the Earth’s radiative budget has not been resolved. Climate-carbon cycle models have thus far not included tropical peatlands because reliable data on their past rates of carbon uptake and release are not available. In this thesis this problem has been approached by reconstructing peatland expansion and rates of carbon storage and release over the Late Quaternary (Latest Pleistocene and Holocene) for the largest tropical peatland area, which is located in equatorial SoutheastAsia (i.e. Sumatra, Borneo, Peninsular Malaysia). Peat accumulation in the tropics remains an enigmatic phenomenon, because the constantly high temperatures of 26-27°C should theoretically drive rapid soil carbon turnover and thus not enable the accumulation of peat. Therefore this thesis also explores the mechanisms that cause peat formation in the SoutheastAsian tropics as well as the drivers behind changing rates of carbon accumulation. Carbon dynamics were analyzed at the regional scale (103–105 km2) of SoutheastAsia over millennial timescales (paper, I, II) and at the local scale (101–102 m2) of a peatland site on annual to centennial timescales (paper III, IV). Paper I presents the first systematic classification of the nearly 160,000 km2 SoutheastAsian lowland peatlands (below 70 m a.s.l.) into geographic peatland types. The peatlands were divided into 1) coastal peatlands of PeninsularMalaysia, Sumatra, and Borneo (~130,000 km2) and into inland peatlands (~30,000 km2) of 2) Central Kalimantan (southern Borneo), 3) the Kutai basin (eastern Borneo), and 4) the Upper Kapuas basin (western Borneo). Coastal peatlands formed by primary mire formation directly on freshly exposed marine or mangrove soils with the lowering of the sea level during the Late Holocene. In contrast, inland peatlands formed via paludification on either terrestrial sand soils (Central Kalimantan) or by both paludification and terrestrialization (Kutai basin, Upper Kapuas basin). The sequence of peatland initiation was established by applying the common cumulative basal date frequency approach (paper I). This method revealed clear differences in the timing of peatland initiation: 1) the Upper Kapuas peatlands are the oldest postglacial peat formations and date from 20,000-13,000 cal BP (calendar years before present), 2) inland Central Kalimantan peatlands date from 14,500-9000 cal BP, 3) the Kutai peatlands date from 8300-4900 cal BP, and 4) and the coastal peatlands date from 7700-200 cal BP. Coastal peatlands have a Holocene average carbon accumulation rate of 77 g C m-2 yr-1, being recognized as the globally most effective terrestrial ecosystems in terms of long-term carbon sequestration. Except for the Kutai peatlands, the Holocene average carbon accumulation rates of inland peatlands are significantly lower (20-30 g C m-2 yr-1) and very similar to the average long-term rates of northern peatlands. Fluctuations in past rates of carbon accumulation of SoutheastAsian peatlands could for the first time be linked to paleoclimatic changes, primarily variations in moisture availability (paper I, II). Hydroclimatic influences on carbon accumulation rates were related to shifts in the mean position of the Intertropical Convergence Zone, changes in the intensity of theAustral-Asian monsoon system, and variations in the frequency of the El Niño- Southern Oscillation. In contrast, peatland initiation and expansion was driven by sea-level change (paper I, II). The deglacial rise in sea-level is identified as the primary driver for inland peatland formation in Borneo, because the rising sea-level 1) lowered the hydrological gradients in the SoutheastAsian island archipelago inducing rising ground and surface water levels on these islands, and 2) led to higher atmospheric moisture availability due to the associated expansion of marine water masses on the shelf floor. Paper II shows that inland peatland initiation and expansion was most extensive during deglacial meltwater pulses, when the rate of sea-level rise exceeded 10 mm yr-1. Only when the rate of sea-level rise had slowed down to a threshold of 2.4 mm yr-1 by ~7000 cal BP could peat accumulation along the coasts keep up with the sea-level rise and coastal peatlands could form. Hydro-isostatic adjustment of the Sunda Shelf led to a sea-level lowering by ca. 5 m over the past 4500 years. Falling sea levels exposed extensive marine areas that were rapidly colonized by peat swamp forests.Anewly 140 developed method for the reconstruction of past peatland area based on transfer functions (paper II) reveals that 70%of the peatlands of Sumatra and Kalimantan only formed during the past 4000 years.Moreover, this new transfer function approach shows that the common basal dates approach overestimated the extent of peatlands in the past. This method, in general, leads to higher rates of reconstructed cumulative peat carbon uptake for the past. By combining reconstructed peatland areas and mean rates of carbon accumulation over millennial timescales from each peatland type the carbon uptake of all peatlands from Sumatra and Kalimantan could be quantified for the past 15,000 years (paper II). Carbon uptake remained below 1 Teragram (Tg) C yr-1 from 15,000-5000 cal BP because the total area of peatlands was less than 30,000 km2. Rapid peatland expansion driven by the lowering of sea-level over the past 5000 years increased carbon uptake on Sumatra and Kalimantan to over 7 Tg C yr-1 and resulted in an exponential growth of the regional peat-carbon reservoir to a size of over 20 Pg C. SoutheastAsian peatlands therefore had no significant role in the Late Pleistocene and Early Holocene global carbon cycle. However, because of their rapid expansion after 5000 cal BP by over 100,000 km2 the peatlands of SoutheastAsia became a globally important carbon sink during the Late Holocene and likely caused an atmospheric CO2 drawdown of 1-2 ppm (paper II). This previously unrecognized biospheric carbon sink partly compensated for contemporaneous terrestrial carbon losses associated with the desertification of Northern Africa. The mechanisms that enable high rates of carbon accumulation of coastal peatlands were explored in a peat core study presented in paper III. Here the use of a new coring technique for the tropics and the application of noninvasive geophysical measurements were employed to derive a high-resolution record of carbon accumulation rates. This study provides the first description of peatland pools for SoutheastAsia, which form as tip-up pools from falling trees such as Shorea albida. Based on a pollen and macrofossil record a fossil tip-up pool could be identified in the core and an associated carbon accumulation rate of 100 to over 900 g C m-2 yr-1 determined. Thus tip-up pools function as local hot spots for carbon accumulation, fundamentally different from northern hemisphere peatland pools, which act as net-carbon sources. From a time-series of aerial photographs the rate of tree fall and thus pool formation was determined at 0.4 tree ha-1 yr-1 (paper III).Asimulation model indicates that up to 60%of the peat deposited in peat domes of Borneo is derived from filled up fossil pools – changing the paradigm that Southeast Asian peatlands mainly form from belowground biomass and providing an explanation for the rapid carbon accumulation of these ecosystems. The climate impact of peatlands is, however, not only related to their capacity to rapidly store carbon, because peatlands also release the strong greenhouse gas methane – a by-product of anaerobic decomposition.Ametaanalysis of methane emission data from SoutheastAsian peatlands (paper IV) shows that their average annual methane release of 3 g CH4 m-2 yr-1 is lower than the average annual release of ~9 g CH4 m-2 yr-1 from northern peatlands, although the higher tropical soil temperatures should lead to significantly higher emissions. The limited degree of anaerobic decay is explained by the recalcitrance of the deposited biomass, which contains high amounts of lignin and tannin, providing another explanation for rapid carbon accumulation. Low anaerobic decomposition together with high rates of carbon accumulation imply that limits to vertical peat bog growth in SoutheastAsia are not set by cumulative anaerobic decay as in northern raised bogs. Instead peat bog growth is limited by aerobic decomposition related to water-table lowering as shown by a derived linear relationship between the amount of released CO2 from aerobic peat decomposition and the mean annual depth of the peatland water-table (paper IV). The climatic effect of Southeast Asian peatlands was determined by the global warming potential (GWP) method, which compares carbon uptake with methane emissions in terms of CO2-equivalents. The low methane emissions and high carbon accumulation rates of coastal peatlands result in a net annual uptake of 1340 kg CO2- equiv. ha-1 yr-1 over a 100 year GWP time-horizon. Under natural conditions coastal Southeast peatlands exert a significant net cooling effect on the global climate in contrast to northern peatlands, which have a warming effect or act climatic neutral on this time frame. It can be concluded that the tropical peatlands of SoutheastAsia are the strongest carbon sinks among all peatlands globally with a notable influence on the Earth’s radiative budget. However, today an estimated 90,000 km2 of peatlands in SoutheastAsia is drained for agriculture (e.g. oil palm plantations) and deforestation. These drained peatlands release annually over 140 Tg C yr-1 from aerobic peat 141 decomposition. Drainage also facilitates the regular spread of peat fires in this region, which on average release around 75 Tg C yr-1. Ongoing total carbon losses (~220 Tg C yr-1) exceed the natural carbon uptake by a factor of 25 and demonstrate that the entire SoutheastAsian peatland region has recently switched from a globally important carbon sink to a globally significant source of atmospheric CO2 (paper II, IV).
Das Ziel dieser Arbeit ist es, mittels RP (rapid pacing) in vitro bzw. RAP (rapid atrial pacing) in vivo die Bedeutung der miRNAs-1 und -328 für Remodeling-Vorgänge bei Vorhofflimmern zu untersuchen. Von Interesse ist dabei einerseits die Bestimmung des zeitabhängigen Expressionsniveaus der miRNAs unter RP, während andererseits die Auswirkungen ihres funktionellen „knock-down“ auf das Protein-Expressionsmuster von Kardiomyozyten untersucht werden. Für die geplanten Analysen (RT-qPCR, 2-D-Gelelektrophorese) solletn primäre Schweine- und Mauskardiomyozyten sowie die murine HL-1-Kardiomyozytenlinie als Modelle dienen. Im Zentrum der Untersuchungen stehen dabei akut eintretende Veränderungen, da diese für den pathophysiologischen Übergang in die persistierende Rhythmusstörung relevant sind, aber aufgrund der möglichen reversiblen Natur interessante therapeutische Optionen eröffnen könnten. Aufbauend auf die bereits gewonnenen Erkenntnisse in der Literatur soll diese Arbeit einen Beitrag für das Verständnis von atrialen Remodeling-Prozessen leisten, die das Vorhofflimmern zu einer chronischen Krankheit mit erheblichen Komplikationen machen.
This work describes the recent scientific and technical achievements obtained at the high-precision Penning trap mass spectrometer SHIPTRAP. The scientific focus of the SHIPTRAP experiment are mass measurements of short-lived nuclides with proton number larger than 100. The masses of these isotopes are usually determined via extrapolations, systematic trends, predictions based on theoretical models or alpha-decay spectroscopy. In several experiments the masses of the isotopes 252-255No and 255,256Lr have been measured directly. With the obtained results the region of enhanced nuclear stability at the deformed shell closure at the neutron number 152 was investigated. Furthermore, the masses have been used to benchmark theoretical mass models. The measured masses were compared selected mass models which revealed differences between few keV/c² up to several MeV/c² depending on the investigated nuclide and model. In order to perform mass measurements on superheavy nuclei with lower production rates, the efficiency of the SHIPTRAP setup needs to be increased. Currently, the efficiency is 2% and mainly limited by the stopping- and extraction efficiency of the buffer gas cell. The stopping and extraction efficiency of the current buffer gas cell is 12%. To this end, a modified version of the buffer gas cell was developed and characterized with 223Ra ion source. Besides a larger stopping volume and a coaxial injection the new buffer gas cell is operated at a temperature of 40K. The operation at cryogenic temperatures increases the cleanliness of the buffer gas. From extraction measurements and simulations an overall efficiency of 62(3)% was determined which results in an increase by a factor of 5 in comparison to the current buffer gas cell. Aside from high-precision mass measurements of heavy radionuclides the mass differences of metastable isobars was measured to identify candidates for the neutrinoless double-electron capture. Neutrinoless double-electron capture can only occur if the neutrino is its own antiparticle and a physics beyond the standard model exists since the neutrinoless double-electron capture violates the conservation of the lepton number. Due to its expected long half-life this decay has not yet been observed. However, the decay rate is resonantly enhanced if mother and daughter nuclide are degenerate in energy. Suitable candidates for the search of the neutrinoless double-electron capture have been identified with mass difference measurements uncertainties of about 100eV/c². In this work the results of the mass difference measurements of 12 possible candidates are presented.
The metabolomic approach is one part of the "-omics" cascade further comprising genomic, transcriptomic, and proteomic investigations. Since information about the metabolome of the important human pathogenic bacterium Staphylococcus aureus is scarce, the aim of this thesis is the characterization of the exo- and endometabolome of this bacterium on a most global scale. For this, the metabolomic platform consisting of the analytical instruments used for 1H-NMR spectroscopy, HPLC-MS, and GC-MS analysis was applied. First, the requirements for an accurate sampling procedure for the analysis of intracellular metabolites are presented, explaining important pitfalls during the sampling and the subsequent metabolome analysis via HPLC-MS and GC-MS (book chapter I). The challenging task of the metabolite identification is demonstrated, as well as the requirements for absolute quantification of intracellular metabolites. In order to enhance the knowledge about the staphylococcal physiology and the biochemical network, the impact of different stresses and varying cultivation media on the bacterial metabolite pool was investigated in several studies. In article I, a first description of the primary metabolism of growing S. aureus COL cells cultivated aerobically in CDM is provided. This study also monitored the adaptation to glucose starvation on the level of metabolites and proteins. The uptake of all amino acids and the secretion and reuse of overflow metabolites were analyzed in a time-dependent manner. During the switch to a non-growing state, a drastic rearrangement of the amino acid pool in the bacterial cells was detected, and intracellular amounts of glycolytic intermediates were found to decrease in parallel to extracellular glucose exhaustion. During infection processes, S. aureus has to cope with varying levels of oxygen supply, including anaerobic conditions. A global metabolomic approach investigated the adaptation of S. aureus COL to strict anaerobic conditions using CDM as the culture medium. Thereby only linear growth was possible despite the higher uptake rate of glucose compared to aerobically, logarithmically growing cells. In an anoxic environment, S. aureus mainly switched on the less reliable lactic acid fermentation. Only serine and threonine but no alanine were significantly taken up. Subsequent glucose limitation led to energy starvation indicated by a drop in the adenylate energy charge. This was accompanied with an arrest of the fermentative metabolism and declining numbers of colony-forming units without taking advantage of the energy supplying arginine deiminase pathway. Compared to the established CDM, the eukaryotic cell culture medium RPMI 1640 provides more in vivo-like growth conditions. In article II, the growth behavior and the metabolic footprint of the S. aureus strains COL and HG001 were investigated during the aerobic cultivation in RPMI 1640 medium. Both strains are commonly used in laboratory research. The observed uptake and secretion pattern of extracellular metabolites provides important information for infection studies in which this medium is used for the precultivation of S. aureus. The extracellular accumulation of the noncanonical D-amino acid D-isoleucine was an interesting outcome. The strain specific metabolic footprint points to noteworthy differences in the biochemical system of both strains. Moreover, this study demonstrates the impact of the cultivation medium on the metabolic status of bacterial cells. Due to increasing resistance against a large number of antibiotics, community- and hospital- acquired infections with S. aureus are of major concern in medical therapy. Thus, greater knowledge about adaptive mechanisms after antibiotic treatment is required. In article III, the response of S. aureus HG001 to antibiotics with varying target sides, such as ciprofloxacin, erythromycin, fosfomycin, vancomycin, and ampicillin, was investigated on the metabolite level. Thereby, the abundances of 176 intracellular metabolites were observed in a time-dependent manner, thus providing the most comprehensive experimental metabolite dataset so far available for S. aureus. None of the antibiotic compounds led to alterations of single metabolite amounts, but mostly entire metabolic pathways were affected. The intermediates of the cell wall biosynthesis were affected by each antibiotic, confirming this pathway as the most potential target for new antibacterial compounds. The metabolite composition of human nasal secretions and human sweat was analyzed, since such secretions present natural habitats of S. aureus during the colonization of typical host sides. The results confirm that the bacteria has to cope with low concentrations of most of the amino acids but large amounts of urea and lactate during host colonization. Considering the supply of amino acids, the results support the usage of the RPMI 1640 medium as a step to more in vivo-like cultivation experiments. Moreover, essential information for future studies about the adaptation of S. aureus to more in vivo growth conditions is provided. Altogether, the metabolomic approach was proven to be an important tool for helping unravel the complex bacterial metabolism and the environmental factors that also play a role in the virulence of Staphylococcus aureus.
Energetic ions are made to collide with atmospheric molecules. Positively charged ions of argon (Ar^+), helium (He^+), hydrogen (H_2^+ ), and protons (H^+) with energies of 50 keV to 350 keV are used as the bombarding ion. The ion beam of desired energy is produced using a linear ion accelerator at the University of Greifswald. The mass and energy distribution of sputtered particles were analysed using an Electrostatic Quadrupole SIMS (EQS) analyser. The target gases used are oxygen (O_2), sulfur hexafluoride (SF_6), and nitrogen (N_2). The ionized and fragmented particles due to collisions have been investigated. We have discovered a new process for negative ion formation in energetic ion collision with O_2 and SF_6 molecules. The process is a two body reaction between the projectile and the molecule without the need for a third particle (such as an external electron). It requires a direct charge transfer from the projectile to the molecule leaving it intact as O_2^- or SF_6^- . The process is experimentally confirmed by using a proton as projectile which does not have an electron to transfer. In comparison with positive ion fractions (O_2^+ , SF_5^+ ), the negative ions fraction is smaller by 2 orders of magnitude. This shows that the two body charge exchange process is weak due to the larger energy transfer required compared to the positive ion forming mechanisms. The two body charge exchange mechanism is not observed for ion collisions with N_2 molecule. No stable negative ion exist for N_2 molecule. The collision cross section for the ion formation during energetic ion – O_2 collision has been determined within the investigated impact energy. For SF_6 molecule the partial ion fraction of the secondary ions are determined for different projectiles involved. This kind of investigation is of great importance mainly in atmospheric physics. Energetic ions are constantly emitted from mass of the energy sources in the universe (e.g. sun). They interact with planetary objects or atmosphere on their way. A deep knowledge about the interaction processes is necessary to understand the ionospheric physics and space exploration. As second part of my thesis, a GaAs(100) surface is bombarded with 150 keV Ar^+ ion beam. From etching the surface to thin film coating, ion bombardment on solid surface found great role in the fabrication process of modern electronic and optical devices. In order to increase the knowledge on sputtering materials and because of profound importance in modern electronics, we choose GaAs(100) as our target. Among the sputtered atoms and ions, small sized cluster ions having more than 6 atoms have been identified. GaAs is a heteroatomic semiconductor containing gallium and arsenic in equal ratio. A preferential phenomenon of ’abundant sputtering’ of gallium compared to little arsenic (GaAs) has been investigated from their mass intensity. The experimental ion counts are compared with theoretically predicted relative abundance. This phenomenon of preferential sputtering is known for atomic species of sputtered GaAs but not for the sputtered cluster ions. The main reasons for this abundant sputtering of one element is attributed to the difference in ion formation energies and surface compositional change taking place during the sputtering process. Another notable characteristics is the preference in charge state among the sputtered ions. For instance, among sputtered atomic ions the ion counts of Ga^+ is 3 orders larger than As^+ ion and As^- is 2 orders larger than Ga^- ion. To get a clue for this behavior, we have investigated the energy distribution of both negatively and positively charged clusters. Different ion formation mechanisms were discussed. The energy distribution of atomic ion is partially explained by using a modified theory given by M. W. Thompson.
Mit dem cholinergen antiinflammatorischen Signalweg (CAP) konnte in den letzten Jahren eine vielversprechende Therapieoption identifiziert werden, um die unverändert hohe Letalität der klinischen Sepsis entscheidend zu senken. Die Untersuchung des therapeutischen Nutzens einer pharmakologischen Parasympathikusstimulation in der murinen polymikrobiellen Sepsis der Colon Ascendens Stent Peritonitis (CASP) war eine Hauptfragestellung dieser Arbeit. Untersucht wurden die Auswirkungen von Nikotin auf das Überleben und die Zytokinspiegel in der CASP. Es konnte gezeigt werden, dass die Effektstärke des CAP im Vollbild der polymikrobiellen Sepsis ihre Limitation erfährt. Hierdurch wurde die Hypothese gefestigt, dass eine Stimulation des CAP vornehmlich in Hyperinflammationsmodellen protektiv wirkt, aber keine oder sogar eine nachteilige Wirkung in Sepsismodellen mit wesentlicher Infektionskomponente besitzt. Der CAP wirkt folglich antiinflammatorisch, aber nicht antiinfektiös. Chirurgische Eingriffe besitzen eine immunmodulierende Wirkung. Kleine chirurgische Eingriffe können immunaktivierend wirken, größere Operationen hingegen das Immunsystem paralysieren. Diese beiden diametralen Verläufe könnten einen entscheidenden Einfluss auf das Outcome einer postoperativen Sepsis haben. Ein regelrecht konditioniertes Immunsystem könnte eine Schutzwirkung entfalten und die Sepsismorbidität und -mortalität senken. Diese Arbeit hat gezeigt, dass kleinere, sterile periphere Eingriffe eine Art „operative Impfwirkung“ besitzen. Erkenntnisse über die Reaktions- und Regulationsmechanismen nähren die Hoffnung, durch geeignete Anpassung des operativen Behandlungsregimes eine immunologische Alteration herbeiführen zu können und so den Ausgang großer chirurgischer Eingriffe in Zukunft entscheidend verbessern zu können.